Estudo e Simulação de Estruturas Mistas Compostas

ESTUDO E SIMULAÇÃO DE ESTRUTURAS MISTAS COMPOSTAS DE MATERIAIS DE ALTO DESEMPENHO PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

1. Introdução

Na Engenharia Civil a necessidade de inovação e atualização se torna cada vez mais importante, isto pois o uso de Softwares e tecnologias vem agregando tanto ao estudo da ciência, como também na prática da engenharia, com projetos e simulações. Antes, aquilo que parecia abstrato, se mostra descomplicado com o uso dos softwares de projetos, cálculo, de resistência dos materiais, permitindo que as simulações sejam mais próximas, se não idênticas, ao real comportamento da estrutura e do material, possibilitando que estudos sejam feitos de modo certeiro, com apenas uma calibração do Software.

Este fator se mostra claro quanto à necessidade de inovar, visto que têm-se pensado muito em uma crescente do uso dos softwares desde o currículo nas Universidades, demonstrando que esta tendencia vem para permanecer. Isso, pois, os softwares trazem facilidade, economia de tempo, recursos e qualidade à construção. (BENTO, 2016).

Além da inovação tecnológica, a engenharia civil está sempre em busca de inovação no quesito de materiais e estruturas. As estruturas mistas, aço concreto, já se tratam de um avanço para o âmbito, mesmo que usadas desde a década de 50. Cordeiro (2014,). Isto pois, este tipo de estrutura agrega muitas vantagens à construção, (2007 apud FRANTZ, 2011) pois pode se obter diversos benefícios como alívio de fundações, aumento do espaço útil, redução da área utilizada e tempo de obra.

Porém mesmo as estruturas mistas se tratando de um avanço da construção civil, os materiais começam a ser repensados quanto às características mecânicas, trazendo a necessidade de aumentar seus desempenhos relacionados à estas características. Portanto, surgem o concreto e o aço de alto desempenho, que conseguem resistir mais que o dobro da tensão dos materiais convencionais, proporcionando com que a estrutura utilize menos material, visto que se o material resiste a mais tensão, este não precisa ser reforçado, permitindo, também, o aumento dos vãos, diminuindo, consequentemente a matéria prima, trazendo, assim, a diminuição do impacto ambiental.

Nesse contexto, este projeto propõe unir as duas novas inovações, de software com estruturas mistas utilizando materiais de alto desempenho, de modo a fazer uma simulação no software Abaqus para que seja elaborada uma análise paramétrica destas características mecânicas qualitativas e quantitativas, tanto das estruturas quanto dos materiais que estes compõem. Ademais, será levado em consideração os tipos de conectores e a estrutura a ser estudada será um sistema laje-viga.

1. Problemas de Pesquisa

Análise paramétrica: permite avaliar quais os parâmetros da estrutura são mais importantes no seu comportamento mecânico (material e geometria da estrutura).

Para alcançar a solução do problema da pesquisa é necessário calibrar o modelo. Calibrar significa termos um modelo virtual (em elementos finitos) capaz de simular a realidade. Pra isso, buscamos estudos de laboratório que testaram estruturas em escala real e com modelo numérico simulamos com boa precisão o que aconteceu no experimento. Quando isto acontece, temos um modelo calibrado. Com isso, partimos para a parametrização, simulando virtualmente situações que não foram testadas em laboratório (pode ser justificativa). Normalmente, os ensaios de laboratório são muito caros. Com um modelo calibrado podemos simular muitas possibilidades, como vãos diferentes, geometria dos elementos diferentes.

2. Justificativa

A relevância dessa pesquisa está em fazer uma análise paramétrica quantitativa e qualitativa do uso de materiais de alto desempenho em estruturas mistas. Procurando evidenciar a diferença entre os materiais convencionais e os de alto desempenho, a importância do uso destes novos materiais, tais como fatores de resistência e eficiência. Além de aprimorar o conhecimento nesta área de estruturas, tão importante e em processo de inovação, da Engenharia Civil.

Ademais, é possível ressaltar que os materiais de alto desempenham possibilitam a estruturação com uma menor quantidade de material, trazendo algumas consequências importantes. A primeira se trata da diminuição do peso da estrutura, facilitando o processo de montagem e o tornando mais barato e eficiente, possibilitando, também, o aumento de vãos, a diminuição de carga nas fundações e podendo ter apelo estético. Outro aspecto é a diminuição do uso de matéria prima e consequente diminuição do impacto ambiental gerado na produção dos elementos estruturais.

1.3 Objetivos Gerais e Específicos

O objetivo do presente trabalho é estudar e simular estruturas mistas com materiais de alto desempenho, de modo a entender o comportamento e explanar os benefícios do uso de tais materiais. Para atingir tal objetivo, pretende-se:

1. Fazer um levantamento das características mecânicas dos materiais de alto desempenho (aço e concreto);

2. Fazer um levantamento das estruturas mistas típicas de aço e concreto para pavimentos de edifício (Sistemas viga-laje). Além disso, as principais formas de conexão entre concreto e aço (tipos de conectores);

3. Fazer a calibração de um modelo experimental no software Abaqus. Com este modelo, adotar variações geométricas e de um material em uma análise paramétrica;

4. Evidenciar e explanar a importância do uso de materiais de alto desempenho.

3. Procedimentos Metodológicos

O presente projeto tem como principal objetivo a análise de estruturas mistas com materiais de alto desempenho (aço e concreto); Tal análise será em torno dos parâmetros característicos mecânicos dos materiais e dos tipos de conectores. Para isso, será calibrado um modelo matemático no software Abaqus, adotando diferentes variações geométricas e de tipos de materiais, de modo a fazer uma simulação da estrutura com o uso dos novos materiais de alto desempenho para fins de estudo.

Portanto, essa pesquisa científica pode ser caracterizada, quanto aos processos metodológicos, como quantitativa, visto que a partir da análise pelo software será possível obter os limites numéricos desses novos materiais, de modo a entender seu funcionamento e comportamento,