[pt] Este trabalho apresenta uma formulação puramente baseada em plasticidade para ser aplicada à otimização topológica. A principal ideia da otimização topológica em mecânica dos sólidos é encontrar a distribuição de material dentro do domínio de forma a otimizar uma medida de performance e satisfazer um conjunto de restrições. Uma possibilidade é minimizar a flexibilidade da estrutura satisfazendo que o volume seja menor do que um determinado valor. Essa é a formulação clássica da otimização topológica, que é vastamente utilizada na literatura. Não obstante fornecer resultados interessantes, condições adicionais devem ser levadas em consideração para viabilizar sua aplicação prática. O projeto estrutural aborda dois aspectos principais: (i) a estrutura não deve colapsar, suportando os carregamentos aplicados (critério de segurança); e (ii) deverá se sujeitar a um valor máximo aceitável de deformação (critério de aceitabilidade). Consequentemente, a otimização topológica clássica deve ser modificada de forma a encontrar a distribuição de material correspondente ao menor volume possível tal que o critério de segurança seja verificado. O referido critério de segurança pode ser definido como limitar as tensões elásticas ao critério de plastificação em todo o domínio. Esta definição resultou em um novo ramo de pesquisa: a otimização topológica com restrições de tensões. Por outro lado, entende-se que o projeto estrutural plástico é preferível quando um projeto ótimo é almejado, uma vez que permite um maior aproveitamento da resistência do material. Dessa forma, este trabalho aborda a incorporação do projeto estrutural plástico à otimização topológica como método mais vantajoso do que a otimização topológica clássica e a com restrições de tensões. A formulação proposta é uma extensão da análise limite, que fornece uma estimativa da carga de colapso de uma estrutura diretamente por meio da programação matemática, assegurando a eficiência computacional da metodologia proposta. De forma a verificar a otimização topológica plástica e comparar a topologia final com as obtidas através da otimização topológica clássica e da com restrição de tensões, são apresentados exemplos numéricos. / [en] This work presents a full plastic formulation to be applied within topology optimization. The main idea of topology optimization in solid mechanics is to find the material distribution within the domain so that it optimizes a performance measure and satisfies a set of constraints. One might seek to minimize the compliance satisfying that the volume is less than a given value. The aforementioned formulation is the standard topology optimization which has been used widely in literature. Although it provides interesting results, additional requirements must be taken into account when practical application is concerned. Structures are designed considering two main aspects: (i) the structure must not collapse, supporting the applied loads (safety criterion); and (ii) its displacements must be lower than a prescribed bound (serviceability criterion). Consequently, the standard formulation shall be modified, finding the material distribution corresponding to the minimum volume such that the safety criterion is met. Said safety criterion may be defined as restraining the elastic stresses to the yield criterion in the entire domain. This definition has resulted in a new branch in this research field: the stress constrained topology optimization. On the other hand, it is understood that the plastic design criterion is preferable when optimization is intended, since it fully exploits the material strength. Therefore, this work addresses the incorporation of the plastic design criterion into topology optimization as a more advantageous method than standard and stress constrained topology optimization methods. The proposed formulation is an extension of limit analysis, which provides an estimative of the collapse load of a structure directly through mathematical programming, ensuring computational efficiency to the proposed methodology. Lastly, numerical examples are shown to verify plastic topology optimization and the final topology is compared with those provided by standard and stress constrained topology optimization methods.

[pt] O presente trabalho visa ao desenvolvimento de uma ferramenta gráfica interativa para a modelagem e dimensionamento de vigas de edifícios de concreto armado seguindo as prescrições da nova norma brasileira NBR 6118, 2003. Como base, utilizou-se o programa FTOOL, que se destina ao ensino do comportamento estrutural de pórticos planos. O método de dimensionamento utilizado para as seções de concreto submetidas à flexão é o de Ferreira da Silva Jr., relativo às zonas de solicitação. Para que esta nova ferramenta fosse incorporada ao programa FTOOL, este teve que sofrer algumas modificações, tais como a definição do material concreto armado, com os diversos tipos e propriedades para o concreto e para o aço; e a definição de seções transversais típicas de vigas de concreto armado (retangular, T, L e I), incluindo posicionamento da armadura e cobrimento. O resultado que o programa desenvolvido oferece são dois diagramas: um deles contendo as armaduras longitudinais superior e inferior, calculadas para cada par de valores de momento fletor e esforço normal; e outro de armadura transversal, calculada para cada valor de força cortante. Além dos dois diagramas de armadura, ainda existem dois modos de resultado da análise de dimensionamento: armadura necessária e armadura adotada. / [en] The present work describes the development of an interactive graphics tool for modeling and design reinforced concrete building beams, following the new Brazilian code NBR 6118, 2003. The graphics tool is based on the FTOOL software, which is an educational tool for two- dimensional frame structural behavior. The design method used for reinforced concrete sections submitted to flexural loading is the one of Ferreira da Silva Jr., in relation to loading zones. In order to incorporate this new tool into FTOOL, some modifications were made, such as the definition of the reinforced concrete material, with several types and properties for concrete and steel; and the definition of typical cross sections properties of reinforced concrete beams (rectangle, T-shape, L-shape and Ishape), including positioning of structural reinforcement and cover. As a result, the developed program offers two diagrams: one containing top and bottom longitudinal steel area, calculated for each pair of values of bending moment and axial force; and another of transversal steel area, calculated for each value of shear force. In addition to these two steel area diagrams, there are two ways for visualizing the design results: necessary and adopted reinforcement.

[pt] Esta pesquisa tem por objetivo a análise experimental do comportamento à flexão, a curto e longo prazo, de vigas de seção I de concreto reforçado com tecido de carbono (Textile Reinforced Concrete - TRC). Foram utilizados quatro tipos de tecido de carbono, sendo eles diferenciados pelas dimensões da malha e seção transversal dos cordões, assim como pelo revestimento do tecido. As amostras foram identificadas de acordo com o nome do revestimento, sendo eles de estireno butadieno (SBR) e SBR com impregnação de areia (SND), acrilato (ACR) e epóxi (EPX). Inicialmente, foram realizados ensaios de flexão em quatro pontos nas vigas, considerando o tecido SBR e as seguintes condições: (a) matriz cimentícia simples; (b) matriz simples e têxtil revestido de areia; e (c) matriz strain hardening cement‐based composite (SHCC). O principal objetivo foi correlacionar as melhorias nas propriedades da interface e da matriz com o padrão de fissuração, modo de falha e ductilidade. Foi utilizado um método teórico para avaliação do comportamento à flexão das vigas, que obteve boa concordância com os resultados experimentais. Na etapa seguinte, as propriedades mecânicas de diferentes tipos de TRC e sua interface foram estudadas através de ensaios de tração direta, arrancamento e compressão. A influência de diferentes configurações de ensaio e a eficácia dos parâmetros obtidos nestes ensaios foram verificados para a previsão do desempenho de vigas de TRC ensaiadas em flexão de forma monotônica. O estudo foi capaz de indicar os métodos de caracterização mais adequados para derivar propriedades mecânicas a serem utilizadas em métodos analíticos, assim como a influência dos diferentes parâmetros de ensaio na capacidade de carga do compósito. Finalmente, foi investigado o comportamento de longo duração das vigas de seção sob carregamento permanente de 4 kN. Um modelo analítico foi usado para analisar os resultados em termos de módulo efetivo do tecido, resistência à tração do concreto e tensão nominal de aderência. O modelo mostrou que o tecido SBR é fortemente afetado pela carga permanente. As vigas SND, ACR e EPX formaram novas fissuras durante os ensaios de fluência e a redução do módulo efetivo observada não foi acompanhada pelo aumento da abertura da fissura. Confirmou-se a grande influência da adesão entre tecido e matriz na capacidade de carga do compósito, a diminuição da resistência da matriz devido à incorporação do tecido, bem como a divergência das condições dos ensaios de caracterização do compósito. / [en] The present research aims to perform an experimental investigation on the short and long-term flexural behavior of I-section textile reinforced concrete (TRC) beams. Four types of carbon fabric were used, differentiated by the mesh dimensions and yarn cross-section, as well as by the fabric coating. The samples were identified according to the name of the coating, being styrene butadiene rubber (SBR) and SBR impregnated with sand (SND), acrylate (ACR) and epoxy (EPX) resin. Initially, four‐point bending tests were performed in I‐beams, considering SBR fabric and the following conditions: (a) plain cementitious matrix; (b) plain matrix and sand‐coated textile; and (c) strain hardening cement‐based composite (SHCC) matrix. The main goal was to correlate the improvements on interface and matrix properties with the crack pattern, failure mode and ductility. A theoretical method was used to evaluate the flexural behavior of the beams and good agreement was achieved with the experimental results. In the next step, the mechanical properties of different types of carbon-TRC and their interface were studied through direct tensile, pullout and compression tests. The influence of different test configurations and the effectiveness of the parameters obtained in these tests were verified for the performance prediction of TRC beams tested in bending in a monotonic way. The study was able to indicate the most suitable characterization methods to derive mechanical properties to be used in analytical methods, as well as to show the influence of different testing parameters on the load capacity of the composite. Finally, the long-term behavior of I-section beams reinforced with carbon fabric under sustained loading of 4 kN was investigated. An analytical model was used to analyze the results in terms of effective textile moduli, concrete tensile strength and the nominal bond stress. The model showed that SBR textile is strongly affected by sustained load. SND, ACR and EPX beams formed new cracks during creep and the reduction in effective modulus observed was not accompanied by increase in crack width. It was confirmed the great influence of adhesion between fabric and matrix on the load capacity of the composite, the decrease in matrix strength due to fabric incorporation, as well as the divergence of the conditions of composite characterization tests.

[pt] Há uma crescente demanda por soluções enxutas na indústria da construção. Para atingir esse objetivo, não apenas a solução final deve ser eficiente, mas também todo o processo deve ter sua eficiencia melhorada. A metodologia BIM associada à colaboração entre engenheiros e arquitetos no processo de projeto é vista como uma forma the gerar soluções mais eficientes e enxutas. Contudo, as pesquisas têm focado no desenvolvimento e no uso de softwares de modelagem 3D e pouca atenção tem sido dada a interação entre as equipes de projeto. Neste trabalho, um processo de projeto é proposto para facilitar a integração entre o projeto estrutural e o projeto arquitetônico nas fases iniciais do desenvolvimento do projeto. A filosofia proposta pode ser estendida para melhorar a integração entre o projetos de arquitetura e os projetos de outras áreas como instalações hidráulicas e elétrica. Para auxiliar na implementação do processo proposto, um plugin, chamado ConDA, foi desenvolvido para o software Autodesk Revit. A ferramenta desenvolvida permite que o arquiteto verifique de forma preliminar estruturas de concreto armado. Ao se utilizar o ConDA, essa verificação é antecipada dentro do processo de projeto, evitando a concepção the estruturas inviáveis e facilitando a comunicação entre engenheiros estruturais e arquitetos. O plugin foi testado por vinte e quatro arquitetos que avaliaram a sua usabilidade e seus benefícios em reduzir tempo e esforço gastos nos projetos arquitetônicos. As principais contribuições do aplicativo apontadas pelos entrevistados foram a melhoria na comunicação entre engenheiros estruturais e arquitetos, e a redução no número de revisões de projeto, o que consequentemente reduzem o tempo gasto no projeto. A partir dos comentários dos entrevistados também foi possível concluir que o plugin é uma ferramenta útil no ensino de projeto de arquitetura, ajudando o aluno a desenvolver suas habilidades estruturais. Os resultados do teste ratificaram a hipótese de que o processo de projeto auxiliado pelo ConDA tem sua qualidade e eficiência aumentadas. / [en] There is an increasing demand for lean solutions in the construction industry. To achieve this, not only the final solution must be efficient, but the whole process also needs to have its efficiency improved. The BIM methodology with the collaboration between engineers and architects in the design process is viewed as a way of generating more efficient and lean solutions. However, much of the research effort has focused in the development and usage of 3D modeling software packages rather than in the direction of integrating the design teams. In this work, a design process is proposed to facilitate the integration between the structural design and the architectural design at the early stages of the process. The proposed philosophy can be extended to enable better integration between the architectural design and other design areas, such as mechanical and electrical systems. To help the implementation of the proposed process a plugin, named ConDA, was developed for the Software Autodesk Revit. The developed tool allows the architect to perform preliminary verifications of reinforced concrete structures. The use of ConDA anticipates this verification to an earlier stage in the design process, which avoids the conception of unfeasible structures and facilitates the communication between architects and structural engineers. The plugin was tested by twenty-four architects. They evaluated its usability and the benefits in reducing the time and effort spent in the architectural design. ConDA s main contributions, according to the architects interviewed, is the improvement of the communication between architect and structural engineer, and the reduction of the number of design reviews and, consequently, the reduction of time spent during the design. The comments given by the interviewees also indicate that the plugin can be a useful tool in education by helping architectural students improve their structural design skills. The results of the test ratified the hypothesis that the ConDA assisted design process can increase the quality and efficiency of the architectural design process.