ECI - Dissertação

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Proposta de modelo ensemble de aprendizagem de máquina para a predição da profundidade de carbonatação de concretos expostos a condições naturais de degradação.
(2024) Lavinicki, Breno de Melo
processo de carbonatação desempenha um papel muito importante no que se refere a vida útil de estruturas de concreto armado. Desenvolver modelos eficientes para prever a profundidade de carbonatação ao longo do ciclo de vida das estruturas tem sido objeto de investigação e exige profunda compreensão das diversas variáveis que influenciam o processo. Diante disso, neste estudo, avalia-se o emprego de técnicas ensemble de aprendizagem, do tipo Stacking, baseado no acoplamento de predições obtidas via aprendizado de máquina, para a estimativa da profundidade da carbonatação do concreto. As modelagens foram realizadas considerando um banco de dados com 1021 dados de medições de profundidade de carbonatação em concretos expostos a ambientes de degradação natural. Foram utilizadas dez variáveis, relacionadas à composição da estrutura de concreto e às interferências do ambiente de exposição ao fenômeno da carbonatação. Ao todo 120 modelos individuais de redes neurais artificiais foram definidos e treinados, selecionando os cinco mais eficientes. O desempenho dos modelos foi avaliado utilizando o coeficiente de determinação (R²) ponderado, que combina o R² de teste e o R² de treinamento. Para o modelo ensemble, foram consideradas como entradas, as predições dos cinco modelos de RNAs com melhores performances. A abordagem ensemble do tipo Stacking resultou em uma melhoria de 9% no desempenho de generalização em comparação com o melhor modelo individual de RNAs, demonstrando um aprimoramento de 14% na precisão em relação aos modelos individuais. O modelo Ensemble com melhor performance, é capaz de prever a profundidade de carbonatação com um erro médio de 1,17 mm, com coeficiente de determinação de 0,92. Na análise de aplicabilidade, em um teste feito com dados desconhecidos na fase de geração do modelo, observou-se que a ferramenta desenvolvida proporcionou uma generalização de 91,4% na predição da profundidade de carbonatação do concreto. Por fim, uma ferramenta computacional com interface gráfica foi desenvolvida e está disponível no site do grupo de pesquisa DASMAE (www.dasmae.com), com o objetivo de fomentar os desenvolvimentos do grupo e facilitar o emprego do modelo para avaliações práticas de durabilidade, auxiliando engenheiros e projetistas na tomada de decisões acerca do desenvolvimento de projetos com maior vida útil, segurança e sustentabilidade.
Correlação do módulo de elasticidade dinâmico e estático em solo-cimento-compactado.
(2024) Anagua, Rolando Coila
As fundações são responsáveis pela distribuição da carga da estrutura ao terreno com segurança para evitar o aparecimento de diversos tipos de problemas que podem comprometer até a própria estrutura. A execução de sapatas em obras de pequeno e médio porte (casas, sobrados, barracões, galpões entre outros) assentadas sobre silte argiloso mole de origem residual, muitas vezes resulta-se inviável, pois ao utilizar as metodologias semi-empíricas de tensão admissível encontram-se valores baixos, optando-se geralmente pelo uso de estacas, mais essa nem sempre é uma alternativa econômica, pelo baixo nível de cargas dos pilares. Existe a necessidade de alternativas de melhoramento da resistência do solo como o uso do cimento. Igualmente surge a necessidade de caracterizar mecanicamente esse material para definir suas propriedades mecânicas de forma rápida e econômica. O uso de vibrações acústicas surge como uma técnica não destrutiva, acessível e econômica para a caraterização de materiais, geralmente utilizado para materiais como o concreto e sem quase nenhuma aplicação na área de solos. Nesse trabalho se estuda a viabilidade de caracterizar mecanicamente o módulo de elasticidade dinâmico, módulo de elasticidade estático e coeficiente de amortecimento do solo-cimento-compactado. O programa experimental consiste em realizar ensaios acústicos e ensaios de compressão axial em corpos de prova de Solo-Cimento-Compactado com dosagem de cimento de 6, 9 e 12% em relação ao peso total da mistura, para correlacionar o módulo de elasticidade estático e dinâmico de amostras de solo-cimento. Os resultados mostraram que quanto maior a adição do cimento as propriedades mecânicas do solo se tornam melhores, assim tanto a resistência a compressão como os módulos de elasticidades foram incrementando com a adição progressiva de cimento ao longo do tempo, inversamente ocorre para o caso do coeficiente de amortecimento. Os módulos de elasticidade dinâmicos foram maiores que os módulos de elasticidade estáticos em aproximadamente 6% e 13% pelo método de Técnica de Excitação por Impulso (TEI). Das equações obtidas para estimar o módulo de elasticidade estático a partir do módulo de elasticidade dinâmico foi incluído a densidade e o amortecimento a qual apresentou um bom coeficiente de correlação (R=0,762), o que indica que pode ser utilizado como ensaios complementares, permitindo uma observação detalhada do comportamento das propriedades do material ao longo do tempo. A pesquisa apresenta indícios que favorecem a viabilidade técnica de sua aplicação, tornando-a uma alternativa para caracterizar as propriedades mecânicas de forma rápida e econômica do solo cimento.
Modelagem computacional de um sistema de sombreamento adaptativo para controle solar em fachadas.
(2024) Feiertag, Gabriel Alves
Com a crescente demanda de energia nos edifícios em áreas urbanas, é fundamental melhorar a eficiência energética deste setor. As fachadas adaptativas apresentam-se como uma possível solução para otimizar elementos de sombreamento contribuindo assim para um edificado mais eficiente. Este trabalho visa desenvolver um sistema de sombreamento adaptativo com elementos de controle solar, utilizando algoritmos evolutivos para melhorar o conforto térmico e a eficiência energética. O trabalho foi conduzido em três fases em uma edificação modelo localizada na Universidade de Aveiro, em Portugal. Na primeira fase, foram pré-dimensionadas quatro tipologias de brises: um horizontal com três lâminas; um horizontal com dez lâminas; um vertical e um misto. Foi analisado o percentual de sombreamento, identificando os dois modelos com melhores resultados. Na segunda fase, foi estudada a irradiação solar com os brises nos ângulos de -30º, -15º, 0º, +15º e +30º, com brises estáticos e adaptativos, usando um algoritmo de simulação unicritério. A terceira fase focou no conforto térmico e na eficiência energética, utilizando simulações estáticas, manuais e adaptativas, todas com os mesmos ângulos e o mesmo algoritmo computacional. Os resultados mostraram que, na primeira fase, os dois brises horizontais apresentam as melhores características para sombreamento. Na segunda fase, ambos os brises horizontais contribuíram positivamente para minimizar e maximizar a irradiação interna, sendo o brise de três lâminas mais eficaz para a análise estática e adaptativa. Na terceira fase, ao comparar os resultados com a edificação modelo sem o sistema de sombreamento, os brises horizontais apresentaram um aumento no conforto térmico de 7,29% com os brises fixos, 9,41% com os brises manuais e 11,35% com os brises adaptativos. Na demanda de energia para resfriamento, os brises fixos diminuíram 11,06%, os brises manuais 13,70% e os brises adaptativos 14,42%. Todos os brises simulados não afetaram com relevância a demanda de energia para aquecimento. Conclui-se que o sistema de fachada adaptativa com a utilização de brises automatizados, em comparação com um sistema de fachadas compostos por brises fixos ou de acionamento manual, é uma alternativa eficaz para otimizar o controle da irradiação solar nos ambientes, para atender o conforto térmico dos usuários e contribuir para um aumento da eficiência energética das edificações.
Otimização de estruturas treliçadas de metamaterial com o uso de algoritmos genéticos
(2024) Schneider, Cecília Maria; Orientação
Estruturas de metamaterial são denominadas dessa maneira por seu comportamento inusitado, modificações em sua geometria são responsáveis por essas características singulares, ausentes do material em seu estado natural. Um dos comportamentos atípicos dessas estruturas é a formação de bandas de atenuação, que são faixas de frequência onde a transmissão de onda não ocorre ou é muito reduzida. A determinação do comportamento destas novas estruturas por métodos de cálculo é fundamental para a evolução das soluções estruturais e a otimização do projeto destas estruturas é crucial para expandir sua aplicabilidade. Para tanto, a formação de bandas de atenuação em vigas treliçadas de metamaterial foi avaliada pelo método do elemento espectral e otimizada por algoritmos genéticos. O método do elemento espectral foi comparado ao método dos elementos finitos, ambos desenvolvidos no software MATLAB, o método do elemento espectral se mostrou mais preciso e mais rápido para uma viga engastada de concreto. Ao avaliar a resposta da viga treliçada de metamaterial com ressonadores, o diâmetro dos ressonadores, variado entre 3 e 8 cm, promove bandas de atenuação mais profundas se usado no maior diâmetro, a comparação de 5 materiais para o ressonador mostrou o alumínio como melhor material para formação de bandas de atenuação mais profundas, enquanto o uso do epóxi promove bandas de atenuação em frequências mais baixas, ao avaliar a rotação do ressonador sua efetividade para geração de bandas de atenuação é maior entre 0 e 15º. A viga de metamaterial também teve sua resposta analisada ao variar a relação de comprimento e altura da célula unitária, as bandas de atenuação serão maiores em frequências de 400 a 2000 Hz se ela for igual a 1, a influência do tamanho do ressonador, foi avaliada por sua relação com o comprimento da célula unitária quando o tamanho do ressonador é 60% do comprimento as bandas de atenuação são mais profundas. A otimização por algoritmos genéticos se mostrou eficaz ao produzir bandas de parada sempre mais largas e mais profundas ao comparar a mesma estrutura com o uso de outro material.
Contribuição ao estudo das propriedades reológicas dos materiais cimentícios com água submetida a campo magnético.
(2023) Ribeiro, Cristiano Cavalcanti Barros
Nos últimos anos, diversos estudos têm indicado a influência do tratamento magnético da água de amassamento nas propriedades dos materiais à base de cimento Portland. Alguns estudos sugerem que a submissão da água de amassamento a um campo magnético pode melhorar as propriedades do concreto, como propriedades reológicas e resistência à compressão, além de acelerar a reação de hidratação. No entanto, alguns resultados são contraditórios na literatura. Neste trabalho, investiga-se a influência da aplicação de um campo magnético na água de amassamento sobre as propriedades reológicas das pastas de cimento Portland. Para a realização do estudo, um campo magnético de 1,25 T foi aplicado na água de mistura durante 4 horas, utilizando água deionizada, destilada e de abastecimento. O efeito físico-químico na água foi avaliado por medição de pH e condutividade antes e após o tratamento magnético. Três diferentes relações água/cimento (0,4; 0,5 e 0,6) foram analisadas para as pastas de cimento Portland. Os parâmetros reológicos foram avaliados por meio de reometria rotacional com modelagem matemática pelos modelos de Bingham e Herschel–Bulkley. O resultado do tratamento magnético da água foi um ligeiro aumento no pH e na condutividade. Como principal resultado, a tensão de cisalhamento das pastas de cimento foi aumentada pelo tratamento magnético da água. Como resultado do tratamento magnético, um aumento na área tixotrópica e na viscosidade foi observado, independentemente do tipo de água e da relação água/cimento. Os aumentos na tensão de cisalhamento, na viscosidade e na área tixotrópica em pastas de cimento Portland contrastam com os atuais resultados disponíveis na literatura para argamassas e concretos.
Pós de RCD tratados por processos físico-químicos para a composição de matrizes cimentícias de baixo Carbono
(2023) Pastorini Proença, Melissa
A indústria da construção civil é responsável por uma elevada carga ambiental, devido ao alto consumo de matéria-prima, gastos energéticos, emissões de CO2 e geração de resíduos. Os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável - ODS 11, 12 e 13 bem como as estratégias globais para redução aquecimento global, envolvem dentre outras ações, o uso de materiais de baixo carbono, visando a produção mais limpa e a economia circular. Neste contexto, este estudo avalia o emprego do pó de resíduo de construção e demolição (RCD) misto (MP) e de concreto (CP) como substituto parcial do cimento Portland, analisando diferentes formas de ativação das partículas, a fim de promover melhora na microestrutura e potencializar a aplicação como material cimentício suplementar (MCS). Primeiramente foram realizados diferentes tratamentos, de mecanativação (0,5 e 1,0 horas), termoativação (0,5 e 1,0 horas a 800 ºC) e exposição a duas concentrações de ácido tânico (0,5% e 1,0%) nos finos de RCD de origem mista e de concreto. Foram constatadas as alterações físicas e químicas promovidas nas partículas através de técnicas de fluorescência e difratometria de raio-X, termogravimetria, BET e microscopia eletrônica de varredura, analisando-se também alterações na reatividade por meio do ensaio Chapelle modificado e métodos indiretos de atividade com cal e índice de desempenho com cimento. O potencial dos pós de RCD tratados foi avaliado em substituição de 25% de cimento Portland em pastas, através da resistência à compressão e do grau de hidratação. Posteriormente foram selecionados os melhores tratamentos para produção de argamassas cimentícias na proporção 1:3 (padrão de resistência do cimento Portland), com teores de substituição de 10%, 25% e 40% de cimento Portland por pós de RCD tratados. Sendo mensurados o desempenho mecânico aos 28 dias e os indicadores ambientais índice de carbono (IC) e de ligante (IL). De um modo geral os tratamentos das partículas não foram capazes de tornar o pó de RCD pozolânico, independente da origem (mista ou de concreto). Percebeu-se que a termoativação aumenta a atividade com cal aos 7 dias, porém não o suficiente para alterar a classificação dos pós para materiais pozolânicos. O tratamento com ácido tânico densificou a microestrutura das partículas, devido à reação química do produto com o hidróxido de cálcio. Os tratamentos empregados conferiram incrementos nos índices de desempenho com cimento aos 28 dias, indicando melhoria no efeito de preenchimento (fíler) pelas partículas tratadas. No estudo em argamassas, verificou-se especialmente para o pó misto, que todos os tratamentos se demonstram efetivos no ganho de desempenho mecânico. O índice de carbono (IC) atingido foi de 5,57 kg∙CO2/m³/MPa com 40% de substituição de cimento por pó misto pré-hidratado com ácido tânico. No teor de 25% de substituição (MP termoativado e mecanoativado por 0,5 horas) o IC foi de 6,08 e 6,18 kg∙CO2/m³/MPa. No pó de concreto os menores índices de carbono foram de 6,82 kg∙CO2/m³/MPa e 7,11 kg∙CO2/m³/MPa para 40% para CP mecanoativado por 0,5 hora e 25% de substituição com CP sem tratamento, respectivamente. Os resultados encontrados correspondem a matrizes com resistência mecânica superiores a 40 MPa aos 28 dias, com IC inferiores ao do cimento CPII-F-32. Constata-se o potencial dos pós de RCD estudados na contribuição da redução do fator clínquer/cimento e, consequentemente, na demanda de materiais cimentícios suplementares para alcance da meta de redução das emissões de carbono, com promoção da economia circular pelo aproveitamento do resíduo da construção.
Avaliação da capacidade de autocicatrização de argamassas especiais contendo adições pozolânicas e agentes biológicos incorporados em casca de arroz
(2023) Zottis, Amanda Luiza; Possan, Edna; Hasparyk, Nicole Pagan
A autocicatrização se apresenta como uma solução tecnológica inovadora e sustentável em compósitos cimentícios, bem como frente aos processos de fissuração. Ainda que a autocicatrização autógena ocorra naturalmente, uma maneira de aprimorar este processo é adicionando ao proporcionamento materiais minerais, fibras poliméricas ou biomateriais que contribuam para a autocicatrização autônoma de fissuras da matriz cimentícia ao longo do tempo. Neste cenário, a proposta desta pesquisa é avaliar o potencial de autocicatrização de argamassas especiais com e sem a incorporação de agentes biológicos, aditivo autocicatrizante e casca de arroz (CA) in natura, para aplicações em reparos superficiais, proteção mecânica em lajes, enchimento, dentre outros. Foi produzida uma argamassa de referência (MREF) com relação a/c de 0,40, cimento Portland CPV-ARI (400 kg/m³), sílica ativa (10%), cinza volante (25%), areia natural quartzosa, aditivo superplastificante (0,7% em massa de aglomerante) e fibra de polipropileno (1,4 kg/m³). A partir deste, foram proporcionadas quatros misturas, sendo uma com a incorporação de bactérias Bacillus subtilis AP91 (MB) e outra com aditivo mineral autocicatrizante (MMAD) disponível no mercado. Duas argamassas foram produzidas bactérias Bacillus subtilis AP91 incorporadas à casca de arroz (CA), nos teores de 1% (MBRH1) e 5% (MBRH5) em substituição à areia natural, em volume. O potencial de autocicatrização e o desempenho das argamassas em estudo foram avaliados ao longo do tempo por meio de inspeção visual, ensaios físicos (ultrassom), mecânicos (ensaio de resistência à tração na flexão e à compressão e análise microscópica de imagem (microscopia óptica), em amostras previamente fissuradas e não fissuradas. Observou-se que os agentes autocicatrizantes, tanto biológicos quanto minerais, possuem atuação positiva na matriz à base de cimento, promovendo o fechamento parcial de fissuras com abertura inferior a 0,25 mm. Ainda, as argamassas com CA obtiveram grande incremento de resistências mecânicas ao longo do tempo, obtendo aos 120 dias resultados semelhantes às demais, sem bio-agregados. O potencial de autocicatrização por agentes biológicos é promissor, ambientalmente correto, sendo necessários estudos complementares que envolvem variáveis de cura, nutrientes, bem como avanços na metodologia de incorporação das bactérias à casca de arroz e matriz cimentícia para que seja possível torná-las práticas na construção.
Estratégias bioclimáticas para habitação de interesse social: análise do desempenho térmico e da viabilidade econômica para zona bioclimática 3
(2023) Smaniotto Junior, Gilmar; Vettorazzi, Egon
A padronização de projetos de Habitações de Interesse Social (HIS) no Brasil, sem considerar os condicionantes climáticos locais resulta na baixa qualidade das residências quanto ao conforto térmico dos ocupantes. O objetivo deste estudo é avaliar as previsões financeiras de estratégias arquitetônicas bioclimáticas voltadas para a melhoria do conforto térmico e a redução do consumo de energia em HIS, particularmente na Zona Bioclimática 3. Uma análise do desempenho térmico e energético será conduzida através de simulações computacionais baseadas em um projeto representativo, desenvolvido em conformidade com as diretrizes do programa Casa Verde e Amarela. As estratégias bioclimáticas serão renovadas de acordo com a Norma Brasileira NBR15575 - Desempenho de edificações habitacionais, a NBR 15220 - Norma Brasileira de Desempenho térmico de edificações, e a INI-R (Instrução Normativa Inmetro para a Classe de Eficiência Energética de Edificações Residenciais). A metodologia adotada foi dividida em sete etapas, empregando o software Energyplus para simulação dos modelos: 1) Definição, caracterização e modelagem do SIS; 2) Configuração e simulação do modelo real e de referência conforme NBR15575; 3) Definição das estratégias bioclimáticas; 4) Análise do desempenho térmico da melhoria individual das estratégias bioclimáticas; 5) Otimização do desempenho térmico das edificações com a implementação simultânea das estratégias; 6) Classificação do desempenho conforme NBR15575 e INI-R; e 7) Avaliação da avaliação financeira considerando a vida útil da edificação. Os resultados foram avaliados com base na eficiência energética e no aspecto econômico. A incorporação de estratégias bioclimáticas simples demonstrou que as edificações obtiveram um desempenho superior, conforme os critérios estabelecidos pela NBR15575, e alcançaram uma classe A de eficiência energética conforme INI-R. Isso resultou em uma redução no consumo de energia entre 44,83% e 82,61%, enquanto o percentual de horas dentro da faixa de temperatura de conforto variou de 79,17% a 80,14%. O investimento adicional necessário para a implementação das estratégias foi estimado entre 6,07% e 6,72% do valor total da edificação.
Argamassas de Projeção para Reparo Superficial de Estruturas Hidráulicas de Concreto: Avaliação de Propriedades Físico-mecânicas
(2023) Gilardoni, Tamara Daiana Uribe
Estruturas hidráulicas de concreto podem sofrer danos superficiais ao longo do tempo devido à ação da água na sua superfície e, para o reparo destas, podem ser utilizadas argamassas cimentícias. As argamassas de reparo devem possuir a compatibilidade dimensional e apresentar aderência adequada com o substrato, além de suportar o desgaste gerado pela água. Para alcançar estas propriedades, argamassas de projeção podem ser uma opção viável do ponto de vista técnico. Para isso, faz-se necessário a criteriosa seleção de materiais constituintes além de um adequado proporcionamento e controle das propriedades, especialmente no que se refere às propriedades mecânicas, à reologia e à compatibilidade dimensional com o substrato. O proporcionamento de argamassas por métodos de empacotamento de partículas pode contribuir à obtenção de uma argamassa de projeção que apresente boas propriedades mecânicas com baixo consumo de pasta, mas com a coesão e fluidez necessárias para ser bombeada e projetada. Neste contexto, o objetivo geral da pesquisa foi avaliar as principais propriedades físicas e mecânicas associadas ao comportamento em uso de argamassas de projeção cimentícias para reparo superficial de estruturas hidráulicas de concreto erodidas, proporcionadas por meio de um método de empacotamento de partículas. As argamassas foram compostas de cimento portland, sílica ativa, fíler calcário, areia natural, microfibras de polipropileno, aditivo retentor de água e aditivo superplastificante. O proporcionamento foi realizado pelo Modelo de Empacotamento Compressível (MEC) com teores de excesso de pasta em relação aos vazios do agregado de 5%, 7% e 9%, relação água/aglomerante de 0,50 e relação água/finos de 0,39. Assim, considerando também a argamassa de referência, o programa experimental foi composto de 4 argamassas, nas quais foram avaliadas as seguintes propriedades: índice de consistência, densidade de massa, ar incorporado, retenção de água, penetração de cone, resistência à compressão e à tração na flexão, módulo de elasticidade estático e dinâmico, capacidade de bombeamento e de projeção, massa específica, índice de vazios, absorção de água, resistência de aderência à tração e perda de massa por abrasão hidráulica. Os resultados indicaram que as argamassas estudadas cumprem com os requisitos para serem utilizadas como argamassas de reparo. Todas as argamassas conseguiram ser bombeadas e na projeção dificultou-se a adesão ao substrato quando inclinado, recomendando-se o ajuste do teor de aditivo superplastificante ou a utilização de aditivo acelerador de pega na ponta do bico de projeção. Porém, podem ser utilizadas em estruturas com superfícies horizontais ou pouco inclinadas. A argamassa com o melhor comportamento do ponto de vista técnico tanto como material de reparo quanto como argamassa de projeção foi a argamassa com 9% de excesso de pasta. A utilização do MEC para o proporcionamento de argamassas de projeção para reparo demostrou ser viável do ponto de vista técnico, pois foram conseguidas argamassas capazes de serem bombeadas e projetadas tendo pequenos conteúdos de excesso de pasta como consequência da otimização da mistura granular, apesar de conterem fibras, baixa relação água/aglomerante e elevado teor de finos.
Ecoeficiência de Concretos com Agregados Graúdos Reciclados de Construção e Demolição
(2023) Oliveira, Rafaela Goulart Gomes
A reciclagem de Resíduos de Construção e Demolição (RCD), para a produção de agregados reciclados (RA) para concreto, é uma alternativa que promove a economia circular, reduzindo o descarte de resíduos sólidos e o consumo de matéria-prima virgem. Porém, geralmente, o uso de agregados reciclados demanda maior consumo de cimento para a manutenção das propriedades mecânicas do concreto, elevando as emissões de C𝑂2 associadas à produção do produto, o que não é de interesse do ponto de vista de desempenho econômico e ambiental. Neste contexto, esta pesquisa produziu concretos com agregados reciclados de RCD, visando atender desempenho ambiental, técnico e econômico. Foi avaliada a influência do teor (0%, 20% e 30%) e do tipo de RA (misto e de concreto), da relação água/cimento (0,45, 0,55 e 0,65) e do tipo de cimento (CP V e CP IV), nas propriedades mecânicas e nos indicadores de ecoeficiência e de fluidez do concreto. Misturas proporcionadas pelo método IPT/EPUSP foram utilizadas como referência e como base para proporcionar os concretos com RA pelo método de dosagem do Volume Equivalente de Argamassa (EMV). Foram conduzidos estudos de reologia e ensaios mecânicos para avaliar as propriedades dos concretos produzidos. O desempenho ambiental foi avaliado a partir dos indicadores de ecoeficiência, índice de ligante - IL (𝐾𝑔_𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜. 𝑚−3. 𝑀𝑃𝑎−1) e índice de Carbono - IC (K𝑔_C𝑂2 . 𝑚−3. 𝑀𝑃𝑎−1). O desempenho técnico no estado endurecido foi avaliado por ensaios de resistência à compressão - 𝑓𝑐 (𝑀𝑃𝑎) e módulo de elasticidade estático - 𝐸𝐸 (𝐺𝑃𝑎), e no estado fresco, por meio do ensaio de abatimento do tronco de cone e de dois indicadores de fluidez, tensão de escoamento - 𝜏0 (𝑁𝑚) e viscosidade plástica - µ (𝑁𝑚/𝑟𝑝𝑚). A avaliação do desempenho econômico foi realizada a partir do custo dos concretos produzidos (R$/m³ e R$/MPa). Como resultado, verifica-se que o Agregado Reciclado de Concreto (CRA) apresentou melhor resultado do que o Agregado Reciclado Misto (MRA). Concretos de relação a/c 0,45 e 0,55 com 30% de RA resultaram em índices ambientais similares e ligeiramente melhores que concretos produzidos com agregado natural. O tipo de cimento influenciou significativamente o índice de carbono, com melhores índices para concretos produzidos com cimento CP IV, em função do menor teor de clínquer. A análise de variância ANOVA confirma a influência estatística do teor de substituição, da origem dos agregados, da relação a/c e do tipo de cimento, sobre a resistência à compressão e os indicadores de ecoeficiência dos concretos. O método de dosagem EMV propicia a diminuição do consumo de cimento conforme o aumento do teor de RA empregado no proporcionamento, o que reduz o teor de argamassa e o abatimento dos concretos. Para alcançar o abatimento alvo (120 30 mm), os concretos com RA demandaram aditivo de maior eficiência além de maior consumo do produto. Também se fez necessário ajuste do teor de argamassa dos concretos com RA, não sendo considerada a redução total de cimento sugerida pelo método EMV. Em função da diminuição do consumo de cimento das misturas com RA, houve redução nos custos por m³ dos concretos com RA. A partir do ajuste do consumo de cimento proposto pelo método EMV e com a utilização de aditivo superplastificante, mesmo em concretos de relação a/c intermediária (0,55) e RA misto, foi possível minimizar as perdas de resistência e custos por MPa em relação aos concretos com agregado natural. Além de obter indicadores ambientais similares aos concretos de referência e inferiores aos indicadores encontrados na literatura para concretos produzidos com MRA.
Análise de Sensibilidade Global para Comparação de Modelos Mecânicos
(2023) Begnini, Riccelli
Modelos são representações matemáticas capazes de descrever fenômenos em diferentes cenários. Usualmente, dois ou mais modelos estão disponíveis para a análise do mesmo fenômeno, restando ao usuário a escolha do mais adequado para a solução do problema. Na prática, verifica-se que modelos simplificados podem ser tão precisos quanto aqueles mais refinados e, ao mesmo tempo, demandar menor custo computacional. Tendo isso em vista, o presente trabalho propõe uma metodologia por meio da qual a estrutura teórica da análise de sensibilidade global pode ser aplicada para a comparação de modelos no contexto estocástico. Na abordagem proposta, o índice de sensibilidade obtido determina, quantitativamente, a importância relativa da escolha de um dado modelo quando considerada a aleatoriedade das variáveis. A metodologia é aplicada para a comparação de modelos para o cálculo da capacidade de carga de vigas de concreto armado submetidas à flexão. Busca-se verificar a discrepância entre o retângulo equivalente de tensões e outros dois modelos com diferentes graus de complexidade de acordo com tipos de incerteza considerados. Os resultados indicam que a discrepância obtida depende do domínio de deformação da estrutura, com grande similaridade no caso de ruptura dúctil, o que é importante uma vez que considera-se esse comportamento como premissa de dimensionamento de estruturas reais. Por fim, são ajustados coeficientes que resultam em um modelo de pré-dimensionamento com grande precisão e baixo custo computacional.
Conforto Térmico e Eficiência Energética de Salas de Aula Destinadas ao Ensino Superior
(2023) Buss, Clarissa; Orientação
Nos espaços acadêmicos, a ausência de condições de conforto térmico prejudica a produtividade e o processo de ensino-aprendizagem de docentes e discentes. Apesar do crescente interesse em aspectos que possam potencializar o rendimento desses agentes da educação, são poucas as pesquisas que abordam a qualidade do ambiente universitário e discutem o consumo consciente de energia para alcançá-lo. À vista disso, este estudo procurou identificar e avaliar estratégias projetuais que contribuam para o conforto térmico e eficiência energética em edificações de salas de aula destinadas ao ensino superior para locais de clima subtropical úmido. Cartas bioclimáticas foram aproveitadas como ferramenta para seleção inicial de soluções passivas de projeto, posteriormente avaliadas, através de modelagem tridimensional e de simulações computacionais aplicadas a um estudo de caso da Universidade Federal da Integração Latino-Americana - UNILA. A metodologia incluiu a utilização dos programas Climate Consultant, SketchUp, do plugin Euclid, do software EnergyPlus e do componente auxiliar EP-Launch. Os resultados demonstraram a viabilidade de otimização do desempenho térmico e energético de salas de aula, a partir do uso integrado ou isolado de paredes externas com alto valor de refletância; de coberturas em materiais de baixa absortância e alta emissividade; da maximização do sombreamento; de janelas com percentuais de abertura elevados, assim como de vidros de baixa transmissão solar e fator solar, com aplicabilidade no planejamento de projetos e em adequações de estruturas existentes. No Brasil há cerca de 590 instituições de educação superior em regiões temperadas úmidas com verão quente, sendo que 70 são públicas, assim, almeja-se que as estratégias tornem possível a qualificação e aperfeiçoamento desses e de outros locais de ensino, de forma que a arquitetura seja capaz de atuar em favor da formação de excelência, de fomentar a sustentabilidade, por meio de edificações mais eficientes, estimulando assim a conscientização ambiental da comunidade.
Estudio y Aplicación del Método de Análisis no Lineal Geométrico Modal P-Delta
(2022) Cordova de la Cruz, Jeffer Roussell; Orientação
La no linealidad Geométrica que origina los efectos denominados de segundo orden, es un fenómeno que está presente en toda estructura que presenta deformación en sus elementos bajo un conjunto de cargas o incluso bajo su peso propio. Recientes trabajos han demostrado que existe una relación entre el periodo natural de vibración y los efectos globales de segundo orden, debido a que ambos dependen de las matrices de rigidez y de masa de la estructura, y es a partir de esta relación entre los parámetros dinámicos y los efectos no lineales que surge la metodología denominada Modal P-delta (Ferreira, 2020), como un método de análisis no lineal geométrico simplificado, que establece el cálculo de los modos de vibración de una estructura cargada y sus frecuencias correspondientes a partir de la interpolación de los modos de vibración de la estructura descargada y los modos de pandeo con carga crítica. En ese sentido, en el presente trabajo se aborda el estudio y la extensión de la aplicación de lametodología Modal P-delta a estructuras tridimensionales, para lo cual, en primer lugar, se desarrolla la corroboración de los resultados mediante su aplicación en modelos simples, correspondientes a una columna empotrada-libre y un pórtico plano, donde se determina que la metodología aproxima correctamente la respuesta no lineal geométrica de estructuras en dos dimensiones resultando incluso ser superior al método P-delta tradicional en términos de tiempo computacional, seguidamente, se desarrolla la extensión de sus formulaciones teniendo en cuenta la adición del eje de coordenadas “z”, con lo que se realiza su aplicación en dos modelos de pórticos regulares tridimensionales de distintos niveles, determinándose que la metodología deja de ser eficaz para el análisis de estructuras tridimensionales que presentan modos de vibración y de pandeo que no guardan relación entre sí, por ello, finalmente se propone la metodología denominada Modal P-delta modificado para realizar el análisis no lineal geométrico de estructuras tridimensionales a partir del análisis modal y de pandeo, y se realiza su aplicación en tres modelos de pórticos tridimensionales, considerando que uno de ellos es irregular tanto en planta como en altura y su primer modo de vibración es uno torsional, a pesar de ello, los resultados obtenidos han sido muy precisos en comparación con la metodología P-delta tradicional, permitiendo la construcción de curvas de equilibrio muy similares hasta cuando se alcanza la carga crítica, a excepción de los estados de carga con fuerzas verticales que no permitan una buena distribución de los esfuerzos internos, los cuales varían significativamente conforme la magnitud de la carga aplicada se acerque a la carga crítica,. De cualquier forma, la metodología propuesta ha demostrado ser muy eficaz, ofreciendo resultados muy precisos para el análisis de cualquier tipo estructuras porticadas tridimensionales bajo cargas que alcancen hasta el 50% de la carga crítica de Pandeo.
Ações Públicas para a Implementação do Desenvolvimento Sustentável na Habitação Brasileira: uma Reflexão
(2022) Pasini, Andre Luiz; Orientação
O rápido crescimento dos centros urbanos na década de 1930 gerou impactos nocivos ao meio ambiente. Com o passar do tempo, a desqualificação do ambiente construído mostrou a necessidade de busca pelo equilíbrio entre desenvolvimento e sustentabilidade. Legislar para estabelecer limites de consumo dos recursos naturais e ordenamento das cidades torna-se, então, uma prerrogativa pública governamental. Nesse sentido, os objetivos desta pesquisa são levantar e avaliar estratégias públicas de implementação para o desenvolvimento sustentável no setor habitacional brasileiro, e refletir sobre as possibilidades de melhoramento dessas estratégias em nível municipal. O desenvolvimento da pesquisa dividiu-se em três momentos: 1) caracterização do estoque habitacional brasileiro, com dados pertinentes a concepções de políticas públicas; 2) levantamento e análise de registros institucionais, legislações, programas e ações de entes públicos nas esferas federal e estadual, que visam implementar o desenvolvimento sustentável entre o meio ambiente e habitação; 3) levantamento e avaliação da legislação em nível municipal, por meio de entrevistas e revisão bibliográfica, considerando qualitativamente as ações governamentais para a efetiva implementação da sustentabilidade na habitação brasileira. Os resultados indicaram que as políticas públicas brasileiras de implementação do desenvolvimento sustentável carecem de evolução cultural e legal. Para efetiva implementação da sustentabilidade na habitação, devem ser consideradas estratégias governamentais com força de lei, que visem elementos de preservação, recuperação, redução de consumo de recursos naturais, utilizando-se de incentivo econômico como elemento fomentador para alteração cultural e construtiva. Entre as ações governamentais, sugere-se vincular requisitos da norma de desempenho nos códigos de obras; criar núcleos multidisciplinares para revisar, propor e aprimorar a legislação; aplicar normas ao imposto predial urbano, seguindo padrões já existentes em norma de desempenho e do programa brasileiro de qualidade e produtividade do habitat, e fomentar leis obrigatórias de desenvolvimento sustentável a toda obra pública.
Análise da Eficiência Termoenergética de Sistemas de Coberturas para o Clima Subtropical Úmido de Edificações Residenciais em Foz do Iguaçu, Paraná
(2022) Teixeira, Patricia Soares; Orientação
As edificações construídas sem preocupações com os aspectos climáticos locais tem aumentado consideravelmente o consumo de energia no Brasil, e no mundo. Destaque para o setor residencial, um dos principais responsáveis pelo elevado consumo energético no país. Os sistemas de coberturas das edificações, se bem especificados, podem atuar como mecanismos que contribuem efetivamente para a melhoria da eficiência termoenergética das edificações. Com a finalidade de identificar as soluções de coberturas que auxiliam no conforto térmico e na redução do consumo energético das edificações, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a eficiência termoenergética de diferentes sistemas de coberturas, de uma edificação residencial, unifamiliar térrea, em Foz do Iguaçu, Paraná, classificada na Zona Bioclimática 3 - ZB3, clima subtropical úmido, Região Sul-Brasileira. Para tal, foi elaborado o projeto da edificação fundamentado no programa habitacional Casa Verde e Amarela. Com base na norma de desempenho NBR 15575-2021. Foram feitas as avaliações de desempenho termoenergético das coberturas, por meio de comparativos entre o percentual de horas dentro da faixa de temperatura operativa (PHFT), carga térmica de resfriamento (CgTR), aquecimento (CgTA), e total (CgTT), bem como, análises da temperatura operativa máxima (Tomáx) e mínima (Tomín), utilizando a simulação computacional com o EnergyPlus. O estudo avaliou a eficiência termoenergética de 32 composições de coberturas combinadas com 4 tipos de telhas, 1 tipo de forro, 1 tipo de isolante térmico, com e sem laje, totalizando 66 simulações. Os resultados apresentaram que as soluções de sistemas de coberturas mais eficientes do ponto de vista termoenergético, são as que possuem a telha termoacústica, porém, as composições com as telhas convencionais (fibrocimento, cerâmica e aço trapezoidal) aliadas a manta aluminizada obtiveram resultados relativamente eficientes. De um modo geral, as composições sem laje apresentaram resultados mais eficientes comparadas as composições com laje, com exceção dos resultados das Tomín. Os resultados demonstraram que as coberturas têm uma contribuição significativa para a melhoria do desempenho termoenergético de uma habitação, especificamente para a região climática da cidade analisada. Houve uma diminuição considerável no consumo energético total da edificação para a melhor composição em relação ao modelo referência, chegando a 43% de redução de carga térmica total (RedCgTT) e um aumento considerável de 10,6% no PHFT, demonstrando, portanto, a relevância do sistema de cobertura para a edificação do ponto de vista termoenergético.
Fluxo de Madeira na Execução de Construções Habitacionais em Concreto Armado Moldado no Local
(2022) Gomes de Oliveira, Cássio; Orientação
Mundialmente, a indústria da construção responde por 42% das 100 bilhões de toneladas de recursos consumidos anualmente, sendo a área de habitação correspondente a 92% deste fluxo em 2021. A madeira representa aproximadamente 10% (em toneladas) dos materiais consumidos pela construção de habitações e pode ser usada como base de sistemas construtivos industrializados ou de apoio à sistemas construtivos artesanais. No Brasil, a madeira é majoritariamente consumida em fins transitórios de apoio às construções em concreto armado moldado in loco – CAMIL – o que leva ao consumo de produtos de baixo valor agregado e curto ciclo de vida. Neste contexto, esta pesquisa objetiva analisar o fluxo dos produtos de madeira utilizados em fins temporários e permanentes em construções convencionais em CAMIL, com envoltória em alvenaria, de modo a quantificar os fluxos do biomaterial na fase de construção e identificar aplicações e as causas das variações dos indicadores de entrada, saída e incorporação em obra. Para tanto, a pesquisa contempla a caracterização das construções habitacionais no país e os aspectos do uso da madeira para sua execução por meio de uma revisão bibliográfica com análise qualitativa e quantitativa, a estimativa do fluxo dos produtos de madeira para fins temporários e permanentes em diferentes tipos construtivos habitacionais, a definição dos indicadores de entradas, saídas e incorporação dos produtos de madeira nas obras estudadas e a análise de aspectos do uso dos produtos de madeira para fins transitórios e permanentes nas edificações residenciais. Como resultados, observou-se que o principal tipo construtivo residencial no Brasil é o de casas, com o uso da madeira sólida em fins provisórios e permanentes, seguido dos prédios verticais de apartamentos, que usam esses produtos para fins apenas provisórios. Da literatura, identificou-se a escassez de informações sobre as proporções de cada produto de madeira utilizado nos canteiros, sendo possível apenas o uso das três classes de produtos para fins provisórios. Levando-se em consideração a importância do uso da madeira na construção, este trabalho busca contribuir para que o estudo deste material seja melhor explorado para que haja outras possibilidades de seu uso e reaproveitamento além do que já foi citado.
Efeito da Distribuição Granulométrica em Cimentos LC³ Produzidos a partir de Matérias-Primas da Região de Foz Do Iguaçu – PR
(2022) Dias, Raquel Pedroso; Orientação
A emissão massiva de CO2 associada ao cimento Portland faz com que seja necessário o desenvolvimento de cimentos alternativos menos emissivos, sendo o LC³ (Limestone Calcined Clay Cement) um dos materiais com crescente visibilidade nessa questão. Este cimento é fabricado a partir da substituição de até 50% do teor de clínquer por argila calcinada e calcário, materiais com ampla disponibilidade global e menores emissões de CO2 em relação ao clínquer. Entretanto, o desempenho do LC³ está diretamente ligado às propriedades das argilas utilizadas e aos parâmetros de moagem adotados, fatores diretamente relacionados às propriedades reológicas, mecânicas e de durabilidade do sistema. Dessa maneira, foi realizado um programa experimental para produzir cimentos LC³-50 a partir de argilas disponíveis na região do estudo, avaliando a influência das distribuições granulométricas das matérias-primas constituintes desses cimentos. Para tal, foram coletadas e analisadas 12 argilas, verificando o teor de caulinita e o potencial de utilização em cimentos LC³. A argila com maior teor de caulinita e os demais materiais utilizados (clínquer, gipsita e calcário) foram modificados por meio de moagem mecânica para obter a granulometria desejada, totalizando três granulometrias para o clínquer (D50 de 8, 12 e 18 μm), duas para a argila (D50 de 6 e 12 μm) e duas para o calcário (D50 de 3 e 12 μm). Foram fabricados três cimentos convencionais (OPC) com 96,5% de clínquer e 3,5% de gipsita; três misturas de referência (REF) com 55% de OPC e 45% de fíler inerte; e sete LC³-50, nomeados de acordo com as granulometrias das matérias-primas. Verificou-se que as argilas da região oeste do Paraná possuem teores médios/baixos de caulinita (30% – 45%), porém, as argilas com mais de 40% são consideradas viáveis para a produção de cimentos LC³. Todos os LC³ produzidos apresentaram altas áreas superficiais, elevando a demanda mínima de água e modificando os parâmetros reológicos, especialmente as tensões de escoamento. Os cimentos LC³ apresentaram menores teores de água combinada que o OPC-12 e consumo de praticamente toda a portlandita aos 28 dias, resultando em matrizes com baixa reserva alcalina (< 2,8 g de CH/g de cimento aos 91 dias de hidratação). Os estudos no estado endurecido indicaram que já aos 7 dias as pastas fabricadas com LC³ superaram a resistência à compressão das fabricadas com o OPC e com as misturas de referência, entretanto pouca evolução de resistência mecânica é observada após os 28 dias. Por meio deste estudo, constatou-se que é possível produzir cimentos LC3 com argilas do local de estudo, com emissões de CO2/t de cimento 35% inferiores ao OPC. As emissões oriundas dos processos de moagem das matérias-primas têm pouco impacto nas emissões gerais do produto final, fazendo com que seja vantajoso, do ponto de vista de resistência mecânica, a moagem extra de clínquer, argila calcinada e calcário.
Factor de Quantificación de Residuos de Construcción Civil en Chile
(2022) Carcamo, Nicole Estefania Garay; Orientação
Los residuos de construcción civil son reconocidos como un problema importante dentro de las industrias, impactado al medio ambiente de múltiples formas, contaminando suelo tierra y aire. La falta de legislación para regular su destino final y sus impactos negativos, son practicas insostenibles si pensamos en futuras generaciones. Para conseguir disminuir estos números es importantes saber el factor de generación de estos residuos ya que la cuantificación de estos residuos juega un papel fundamental dentro del desempeño de una obra. El siguiente trabajo tiene como objetivo construir un indicador que nos permita cuantificar los residuos de construcción civil en su fase de anteproyecto o estudio, la construcción de este indicador se basa según los datos obtenidos en el sistema de declaración de residuos (Sinader- 2019).
Influência da Área Habitacional na Mitigação de Emissões de CO2 no Brasil
(2022) Boger, Ana Maria Gularte; Orientação
O tamanho dos espaços habitacionais é uma das variáveis com potencial para redução das emissões de gases de efeito estufa do setor da construção, pois sua quantificação determina os padrões de uso de energia e consumo de materiais. Foi realizada uma investigação dos efeitos da variação dos espaços habitacionais brasileiros no consumo de materiais e emissões de CO2 ao longo do tempo. Para isso, foi necessário: reconhecer a evolução das características físicas habitacionais ao longo do tempo; estimar o consumo de materiais e emissões de CO2 da construção anual de residências brasileiras; e modelar cenários que representem o seu estado atual e cenários hipotéticos de redução do tamanho das moradias e desmaterialização das construções. Foi observada uma tendência em direção a habitações cada vez menores no Brasil, principalmente devido à crise econômica e ao crescente número de unidades de interesse social construídas nos últimos anos. A intensificação da diminuição de área entre 2022 e 2050 poderia auxiliar no controle de consumo de materiais e emissões de CO2 com reduções de 2% a 8% das emissões totais no período, mediante decréscimos de área de 10% a 30%, comparativamente ao quadro atual. Mudanças no consumo de recursos como aumento do market share anual de sistema de projeção mecânica de argamassa de revestimento em 0,5%, de argamassa estabilizada em 0,3%, ou de concreto usinado e lajes pré-fabricadas em 0,5% e 0,7%, também contribuiriam na mitigação de emissões futuras em 0,1%, 0,2% e 3%, individualmente. Em conjunto, as medidas seriam capazes de controlar até 11% das emissões totais acumuladas nos próximos 28 anos. Para isso é necessário incentivar a implementação de melhorias no setor construtivo por parte do governo, institutos de pesquisa e academia, consumidores e profissionais.
Análise do desempenho térmico e energético de painéis CLT nacionais para o clima de Foz do Iguaçu-PR
(2022) Martins, Karine Hilgenberg; Sacht, Helenice Maria
A construção civil é responsável por provocar consideráveis impactos ambientais, sociais e econômicos negativos. Por consequência, a busca por soluções que melhorem esse cenário, tanto do ponto de vista construtivo, quanto do ponto de vista do conforto dos usuários, é elemento essencial à sustentabilidade. O Brasil possui excelente potencial para produzir madeira legal em larga escala e, com relação a sustentabilidade, é um material que oferece inúmeras vantagens devido às suas propriedades físicas e mecânicas. Diante desses aspectos, foram avaliados o desempenho térmico e a eficiência energética de um sistema construtivo largamente empregado na Europa, porém, recente no Brasil, denominado Cross Laminated Timber (CLT). A análise desse sistema foi realizada por meio de simulação computacional de modelos representativos, com diferentes tipologias e configurações de painéis CLT, considerando as características climáticas da cidade de Foz do Iguaçu - PR e comparando os resultados com o desempenho térmico dos sistemas construtivos em alvenaria convencional e wood frame. O emprego desses painéis autoportantes em território nacional demanda estudos aprofundados quanto à suas características e seus desempenhos térmico, acústico e estrutural, além de sua adequação aos diferentes climas. Os resultados indicam que esse sistema construtivo pode ser favorável para climas quentes e úmidos, como o da cidade de Foz do Iguaçu - PR, especialmente quando aliado ao uso de vidros de alto desempenho térmico e à projetos de arquitetura bioclimática. Além disso, os resultados também apontam para o melhor desempeno térmico dos sistemas construtivos em madeira nos períodos de inverno.

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