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Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A verticalização dos grandes centros urbanos é uma tendência arquitetônica e necessidade, visto a escassez de terrenos e o seu alto custo. Enquanto edifícios baixos e pesados não sofrem com os efeitos dinâmicos do vento, edifícios altos, leves e esbeltos enfrentam essa dificuldade. Desta forma, surge a necessidade de aplicação de métodos mais precisos na determinação do carregamento devido ao vento e também na análise dinâmica da estrutura. Neste trabalho analisa-se um edifício alto de seção H. Este tipo de geometria é utilizado por questões arquitetônicas para atender a critérios de ventilação, iluminação e, por vezes, para atender aos coeficientes de aproveitamento e taxa de ocupação. Os códigos normativos normalmente adotam geometrias regulares para a determinação da carga do vento, surgindo assim a necessidade de se buscar meios mais confiáveis, como o ensaio de modelo reduzido em túnel de vento. Neste trabalho, realiza-se o ensaio em modelo computacional por meio de Computational Fluid Dynamics (CFD), validando os resultados comparativamente com dados obtidos em túnel de vento. A carga dinâmica do vento é aplicada pelo método do vento sintético. Determinar a carga do vento é uma etapa do problema, visto que também é necessário a determinação da resposta da estrutura por meio de uma análise dinâmica e entender quais os efeitos que a simplificação da obtenção do carregamento gera no edifício. A análise da estrutura é realizada por meio de elementos finitos e do método Hilber-Hughes-Taylor (HHT) com duração de 30s. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento dinâmico do edifício com seção do tipo H pela ação do vento. Este trabalho apresenta importante contribuição no campo da análise dinâmica, destacando como ocorre as amplificações de deslocamentos e o comportamento da função resposta da estrutura. Para a análise estrutural com incidência de vento a 0º houve redução das respostas, destacando-se os deslocamentos frontais que reduziram 32%. Para 45º, os deslocamentos no topo tiveram uma redução na ordem de 25% na seção H. O caso crítico da análise foi para incidência a 90°, onde os deslocamentos frontais sofreram aumento de aproximadamente 15%, que pode levar a subdimensionamento e consequente a um possível colapso da estrutura. The verticalization of large urban centers is an architectural trend and a necessity, given the scarcity of land and its high cost. While low and heavy buildings do not suffer from the dynamic effects of the wind, tall, light and slender buildings face this difficulty. Thus, there is a need to apply more precise methods in determining the load due to the wind and also in the dynamic analysis of the structure. This work analyzes a tall building of H-shape. This type of geometry is used for architectural reasons to meet the criteria of ventilation, lighting and, sometimes, to meet the utilization coefficients and occupancy rate. Normative standards usually adopt regular geometries for determining the wind load, thus arises the need to seek more reliable means, such as the reduced model test in a wind tunnel. In this work, the computational model test was performed using Computational Fluid Dynamics (CFD), validating the results in comparison with data obtained in a wind tunnel. Dynamic wind load is applied by the Synthetic Wind Method. Determining the wind load is only one step in the problem, since it is also necessary to determine the structure’s response by means of a dynamic analysis and understand what effects the simplification of obtaining the load generates on the building. The structure analysis is performed using Finite Elements Method and the Hilber-Hughes-Taylor (HHT) Method lasting 30s. Thus, the objective of this paper is to evaluate the dynamic behavior of the building with type H-shape by the action of the wind. This work presents an important contribution in the field of dynamic analysis, highlighting how displacement amplifications occur and the behavior of the structure response function. For the structural analysis with incidence of wind at 0º there was a reduction in the responses, highlighting the frontal displacements that reduced 32%. At 45º, the displacements at the top had a reduction in the order of 25% in the H-shape. The critical case of the analysis was for incidence at 90°, where the frontal displacements suffered an increase of approximately 15%, which can lead to underdimensioning and consequent to a possible collapse of the structure.

O presente trabalho apresenta uma comparação entre resultados da análise estrutural da superestrutura de um viaduto em seção celular obtidos do estudo por métodos teóricos e pelo método dos elementos finitos com uso de software adequado, visando a validação dos métodos empregados para obras em seção celular, observando os critérios de tempo, custo e resultados satisfatórios. Foram analisados os coeficientes de distribuição transversal dos esforços na superestrutura de um viaduto quando da ampliação da obra com uso de seção caixão de dimensões diferentes da original e sem haver simetria, visto a ampliação apenas para um lado da obra. Tal determinação apresenta grande importância, visto que o conhecimento das distribuições transversais entre as longarinas que compõem a obra permite a elaboração de projetos de alargamento de pontes mais precisos, buscando a melhor aproximação entre os modelos numéricos e o comportamento real da estrutura. Os resultados obtidos mostraram que os modelos tridimensionais são aqueles que mais se aproximam da condição real da estrutura, porém com alto nível de complexidade para desenvolvimento e uma demanda de tempo elevada. Os modelos de grelha e o modelo baseado na teoria de Fauchart apresentaram resultados divergentes dos modelos tridimensionais, se mostrando conservadores e com respostas imprecisas, não sendo indicados para análise de estruturas em seção caixão. Já o Método de Mason apresentou bons resultados, com valores próximos aos modelos tridimensionais, porém com um prazo mais reduzido de desenvolvimento e obtenção de resultados, caracterizando um método eficiente para estudos de ampliações de obras de arte com seção caixão, quando da análise dos critérios de custo, tempo e resultados. The present work shows a comparison between results of the structural analysis of a cellular box cross section viaduct superstructure, the results are obtained with analytic simplified methods and with the finite element method using a suitable software, aiming the validation of the methods used for constructions in cellular box cross section, observing the criteria of time, cost and satisfactory results. The stress transversal distribution coefficients for the superstructure of a box cross section viaduct were analyzed for the expansion of the construction with the use of box cross section with different dimensions from the original one and with no symmetry, regarding the expansion only for one side of the construction. Such determination presents a huge importance, once the knowledge of the transversal distributions among the stringer beams that comprise the construction allows the elaboration of more accurate bridge widening designs, searching for the best approximation between the numerical models and the real behavior of the structure. The results showed that the three-dimensional models are those that are closer to the real condition of the structure, but with high level of complexity for development and a high demand of time. The grid model and the model based on the Fauchart’s theory show different results of the three-dimensional models, proving to be conservative and with inaccurate answers, not being indicated for the analysis of box cross section structures. On the other hand, the Mason’s Method showed good results, with values close to the ones of the three-dimensional models, however with a shorter time of development and delivery of results, featuring an efficient method for box cross section artworks widening studies, when analyzing the criteria of cost, time and results.

A fluência é um fenômeno de grande importância no concreto armado. Apesar de ser apontada como a causa de diversas patologias em estruturas, seus efeitos ainda são considerados de forma simplificada pelos projetistas estruturais. Além de estudar o fenômeno em estruturas de concreto armado e sua consideração atual utilizada na análise de estruturas, este trabalho compara as deformações de vigas simplesmente apoiadas de concreto armado, obtidas de forma analítica, e em ensaios experimentais com os resultados de simulações pelo Método dos Elementos Finitos (MEF). Os valores de deformações e deslocamentos calculados de forma analítica foram obtidos a partir de recomendações da Norma Brasileira NBR 6118 (2014) e do Código Modelo Simplificado CEB-FIP (1990), e os resultados experimentais foram extraídos de ensaios disponíveis na literatura. As simulações são realizadas no programa ANSYS Workbench, utilizando o elemento tridimensional SOLID 186 e a simetria das vigas. Posteriormente são realizadas análises de convergência utilizando o elemento bidimensional PLANE 183. Conclui-se ao final que as análises através do MEF são qualitativa e quantitativamente eficazes para estimativa dessa não linearidade e que o método de obtenção dos coeficientes de fluência utilizados é suficientemente preciso. Reinforced concrete creep is a phenomenon of great importance. Despite being appointed as the main cause of several pathologies, its effects are yet considered in a simplified way by the structural designers. In addition to studying the phenomenon in reinforced concrete structures and its current account used in the structural analysis, this paper compares creep strains at simply supported reinforced concrete beams in analytical and in experimental forms with the finite element method (FEM) simulation results. The strains and deflections obtained through the analytical form were calculated with the Brazilian code NBR 6118 (2014) recommendations and the simplified method from CEB-FIP 90 and the experimental results were extracted from tests available in the literature. Finite element simulations are performed using ANSYS Workbench software, using its 3D SOLID 186 elements and the structure symmetry. Analyzes of convergence using 2D PLANE 183 elements are held as well. At the end, it is concluded that FEM analyses are quantitative and qualitative efficient for the estimation of this non-linearity and that the method utilized to obtain the creep coefficients values is sufficiently accurate.