A publicação da Norma de Desempenho (ABNT NBR 15.575:2013) e a intensificação das discussões sobre o meio ambiente têm trazido ainda mais destaque para as demandas de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade nos projetos de edifícios. Se a inserção dessas demandas em projeto é um desafio, sua obtenção durante a execução do edifício é ainda mais difícil, sobretudo ao se considerar o processo tradicional que ainda domina a produção. Por outro lado, a industrialização do processo construtivo, facilitada pela utilização de tecnologias pré-fabricadas, tem potencial de atender às exigências de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade. O arquiteto, enquanto profissional atuante desde o início do processo de projeto, é protagonista da seleção tecnológica, com capacidade de influenciar na adoção de um processo produtivo mais industrializado. Para discutir como o arquiteto pode melhorar sua postura frente às demandas de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade, ocupando seu papel de agente integrador no processo de projeto, este trabalho aborda as tecnologias construtivas pré-fabricadas para vedações verticais externas (VVE) de edifícios em estrutura metálica. O objetivo principal deste trabalho é propor diretrizes para seleção tecnológica de VVE de edifícios em estrutura metálica, para o desenvolvimento do projeto de arquitetura, considerando os objetivos do empreendimento e as exigências relacionadas a desempenho, sustentabilidade e construtibilidade. A realização deste trabalho adota duas estratégias de pesquisa: revisão bibliográfica e entrevistas com projetistas de arquitetura e incorporador, com experiência na adoção de estrutura metálica e tecnologias pré-fabricadas de VVE em seus projetos. Como resultado, são propostas: diretrizes voltadas para o processo de projeto de arquitetura, incluindo recomendações para a organização da empresa de projeto que busca tomar decisões sobre tecnologias de VVE pautada em requisitos técnicos; diretrizes para identificar se o empreendimento está inserido em \"nichos estratégicos\" e se o \"ambiente\" para sua realização é favorável à adoção de tecnologias construtivas pré-fabricadas; e diretrizes para atendimento às exigências de desempenho, sustentabilidade, construtibilidade e legislação e normas técnicas a serem seguidas pelos projetistas de arquitetura. Conclui-se que, para responder às demandas de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade, buscando adotar tecnologias construtivas pré-fabricadas de VVE, são necessários ao projetista de arquitetura: participação, de fato, na etapa de execução do edifício; estabelecimento de parcerias com agentes envolvidos no processo do empreendimento; manter-se atualizado quanto à legislação e normas técnicas (que têm revelado a tendência de não restringir ao uso de tecnologias construtivas tradicionais); especificar por desempenho as tecnologias de VVE adotadas em projeto; acompanhar a evolução das informações sobre o impacto ambiental gerado pelas tecnologias de VVE; e adotar os princípios de Coordenação Modular nos projetos. / The publication of NBR 15575: 2013 and the growing discussion about environment have brought even more emphasis on some specific demands, such as performance, sustainability and constructability in building projects. Considering that including these demands on design is a challenge, during the building construction is even more difficult, especially regarding the traditional process, which still dominates the production. On the other hand, the industrialization of construction, facilitated by usage of prefabricated technology, has potential to meet performance, sustainability and constructability requirements. The architect, an active professional since the beginning of design process, is the protagonist of technology selection and able to influence the choice for a more industrialized construction process. In order to discuss how an architect could improve his job when it comes to performance, sustainability and constructability demands, assuming an integrating agent role on design process, this research approaches the prefabricated technologies for external walls of steel structural buildings. The main purpose of the research is to propose guidelines for technology selection of external walls of steel structural buildings, aiming the architectural design development, considering the project goals and requirements related to performance, sustainability and constructability. Therefore, two research strategies have been chosen: literature review and interviews with architectural designers and developer, experienced in adopting steel structure and prefabricated technologies for external walls on their projects. As a result of this, it is proposed: guidelines oriented for the architectural design process, including recommendations to organize the design company which seeks for selecting technologies for external walls driven by technical requirements; guidelines to identify if the project is included on \"strategic segments\" and if the \"environment\" for its execution is advantageous to the adoption of prefabricated building technologies; and guidelines to meet performance, sustainability, constructability, legislation and technical standards requirements to be followed by architectural designers. In conclusion, to meet performance, sustainability and constructability demands, aiming the adoption of prefabricated building technologies for external walls, there are some specific needs for architectural designers: active participation on building execution phase; establishing partnerships with stakeholders during the development process; be up to date on the legislation and technical standards (which have been showing a trend to do not restrict the usage of traditional building technologies); to specify by performance the technologies for outside walls chosen on the project; follow the information development about environmental impact generated by outside wall technologies; and adopt the principles of Modular Coordination on the projects.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo de estruturação a laser em superfícies internas de componentes mecânicos com geometria cilíndrica que são de uso comum em máquinas e motores. A estruturação de superfícies com laser consiste da gravação na superfície do componente, de um grande número de micro-cavidades ordenadas que atuem como micro-reservatórios de lubrificante e como micro-armadilhas de resíduos de desgaste. É um método efetivo para reduzir o atrito e o desgaste de superfícies de contato em movimento. As micro-cavidades formam obtidas neste trabalho com a técnica de ablação a laser utilizando um laser de Nd-YAG bombeado por diodos em modo de chaveamento Q-switched e que emite pulsos curtos (~ 100 ns) de radiação visível (532 nm) com taxas de repetição de pulsos de até 20 kHz. O laser foi caracterizado espacial e temporalmente em uma vasta gama de taxas de repetição de pulsos e correntes de bombeamento. Observou-se que o diâmetro do feixe de laser e a duração temporal do pulso podiam ser descritos como função da energia de pulso do laser. Desse modo, os parâmetros mais importantes que controlam o processo de ablação a laser, i.e., fluência e intensidade foram estimados com uma medição simples da energia de pulso do laser. As micro-cavidades foram então geradas na superfície interna de cilindros de aço AISI 1070 com 30 mm de comprimento e 40 mm de diâmetro variando-se a energia de pulos do laser entre 0,2 mJ e 5 mJ. Um sistema de lentes tripleto f/2 foi projetado para focalizar o feixe multi-modo do laser com um diâmetro de 100 mm. Um dispositivo mecânico desenvolvido no IEAv permitiu posicionar com precisão o feixe de laser focalizado na superfície interna do cilindro com uma resolução inferior a 2,5 mm. O diâmetro e a profundidade das micro-cavidades foram medidas por microscopia óptica e através de um método não destrutivo baseado na réplica em acrílico da superfície estruturada. Foi estabelecida uma carta prática de processo correlacionando a energia e o número de pulsos com as dimensões das micro-cavidades o que permitiu um controle preciso do diâmetro das mesmas no intervalo entre 30 mm e 120 mm e profundidade entre 2 mm e 50 mm.

Túneis de vento são ferramentas fundamentais para o estudo da dinâmica dos gases e possibilitam testes de comportamento aerodinâmico de protótipos em regime de escoamento hipersônico. Um tubo de choque é constituído basicamente de uma seção de alta pressão (Driver) e outra de baixa pressão (Driven) separadas por um diafragma de ruptura metálico que atua como uma válvula de pressão rápida conectando ambas as seções. Se acrescentar uma tubeira e um tanque de exaustão, este tubo de choque se torna um túnel de vento hipersônico. A pressão de ruptura do diafragma determina a velocidade de escoamento do gás na seção de baixa pressão e que pode variar desde Mach 6 até Mach 25 no túnel de vento hipersônico instalado no IEAv. Usualmente, o controle da pressão de ruptura é obtido usinando-se microranhuras em forma de cruz na superfície do diafragma metálico que tem por função direcionar a sua fratura e promover sua rápida abertura. A usinagem mecânica das microranhuras é um processo lento e que, com o desgaste natural da ferramenta de corte, apresenta sérios problemas de manutenção das dimensões das microranhuras. Como forma de solucionar este problema é proposta e desenvolvida neste trabalho uma nova técnica de fabricação de microranhuras em diafragmas metálicos utilizando-se um laser pulsado de baixa potência média e com alta taxa de repetição de pulsos. O processo de usinagem a laser permite a obtenção de microranhuras com dimensões reprodutíveis e controláveis com precisão inferior a 0,1 mm, o que favorece o controle preciso da pressão de ruptura do túnel de vento. A gravação das microranhuras foi efetuada em chapas finas de aço AISI 1020 utilizando um laser a fibra de itérbio pulsado com uma potência média de 20 W, largura de pulso de 150 ns e taxa de repetição de 20 kHz. Com este laser foram obtidas microranhuras com larguras inferiores a 0,05 mm e profundidade precisamente controlada entre 0,3 mm e 0,7 mm, controlando com uma mesa CNC com velocidade de usinagem entre 0,5 mm/s e 8,0 mm/s. Os testes de ruptura dos diafragmas de aço foram realizados em um dispositivo hidráulico acionado por pistão desenvolvido neste trabalho e também no túnel de vento hipersônico T1 do IEAv. A pressão de ruptura dos diafragmas obtida com o dispositivo hidráulico foram equivalentes àquela obtida nos testes efetuados no T1. Dessa forma mostra-se ser possível desenvolver e qualificar os diafragmas sem a necessidade de testes no T1, reduzindo o seu custo de fabricação. Com a técnica de gravação a laser utilizada no trabalho a pressão de ruptura no túnel de vento hipersônico pode ser controlada precisamente no intervalo de pressão entre 30 bar e 120 bar, com grande redução no tempo de fabricação e sem perda de reprodutibilidade.

Este trabalho utiliza uma teoria não linear tridimensional de barras de [1], que considera o empenamento da seção transversal como uma das variáveis do problema, para a análise de perfis de aço por meio do Método dos Elementos Finitos. A equação constitutiva apresentada em [2] é aqui expressa de forma completa, com os termos de ordem cúbica e superiores antes desprezados. A influência da inclusão desses termos sobre a estabilidade da barra pode assim ser estudada com maior profundidade. O modelo constitutivo obtido foi implementado em um programa computacional de elementos finitos, e diversos exemplos numéricos são apresentados para validar a teoria aqui desenvolvida. Foi possível obter a instabilidade por flexo-torção com a equação constitutiva completa aqui desenvolvida, onde antes não era possível em [2]. Melhorando o modelo constitutivo. / This work presents a nonlinear tridimensional beam theory of [1], which encompasses cross-sectional warping as one of the model variables, and its application to the analysis of steel profiles with the Finite Element Method. The constitutive equation presented in [2] is fully developed, including the third and higher order terms neglected therein. The influence of the inclusion of such terms on the beam stability could then be studied more deeply. The obtained constitutive model was implemented in a computational Finite Element program and several numerical examples are presented to validate the theory here developed. The complete constitutive equation made possible to determine instability in composite flexural torsional states, a clear contribution to the model developed in [2].

A presente Dissertação apresenta algumas metodologias disponíveis para o dimensionamento do material de revestimento contra fogo de estruturas de aço em situação de incêndio. Incluem-se métodos analíticos simplificados conforme normas em vigor e resultados de análises experimentais obtidos por laboratórios internacionais e nacional. Detalha-se também a aplicação do programa de computador Super Temp Calc (STC), em análise térmica e dimensionamento de pilares, revestidos ou não por material de revestimento contra fogo, em contato com alvenarias. Comparações entre esses métodos e sugestões de emprego para a prática de projeto também são contemplados neste trabalho. / This present work shows some methodologies to determine the thickness of the fire protective material in steel structures in a fire situation. It shows analytical methods based on actual standards and results of experimental analysis by international and national laboratories. The application of the program Super Temp Calc (STC) is detailed, by thermal analysis and designs of columns, with fire protection or not, in contact with masonry. Comparisons between some methods and suggestions by use for design´s practical also are contemplated in this work.

No setor da construção civil, tem ocorrido um aumento na utilização de sistemas industrializados, dentre eles sistemas construtivos metálicos, visto que o uso desses sistemas contribui para o aumento da velocidade de execução dos empreendimentos e para a redução de desperdícios. Esta mudança tem criado oportunidades para a aplicação de conceitos e métodos de gestão da produção, desenvolvidos em outras indústrias, tais como a Filosofia da Produção Enxuta, que tem trazido muitos benefícios ao setor da construção, tais como redução de desperdícios, aumento da produtividade e da confiabilidade nos prazos de entrega. Entretanto, há poucas pesquisas sobre a utilização de conceitos da produção enxuta no processo de PCP de obras de empresas que fornecem sistemas construtivos metálicos. O presente trabalho tem como objetivo geral propor diretrizes para a concepção e implementação de sistemas de Planejamento e Controle de Produção em obras de empresas que projetam, fabricam e montam sistemas construtivos metálicos. São também propostas adaptações no Sistema Last Planner ao contexto de montagem deste tipo de sistema. A estratégia de pesquisa adotada foi a pesquisa-ação, sendo desenvolvidos cinco estudos empíricos em obras de uma empresa líder neste setor. O trabalho iniciou pela realização de um diagnóstico relativo aos fluxos de materiais e informações entre os principais setores da empresa, assim como análise do processo de planejamento e controle existente no processo de montagem. Na sequência, foram definidas e implementadas melhorias no processo de PCP em três obras da empresa. Os principais resultados obtidos pela pesquisa estão relacionados à necessidade de ampliação do escopo do projeto do sistema de produção, à adaptação dos níveis de planejamento de médio e curto prazo do Sistema Last Planner para este contexto, assim como à necessidade de integração do planejamento e controle do processo de montagem a outros processos à montante da obra. São também propostos diferentes tipos de sistemas de planejamento e controle da produção, em função da complexidade e do tamanho da obra. / In the construction sector, there has been an increase on the use of industrialized building systems, including steel construction systems, due to the contribution of those systems in terms of reducing the duration of projects, and reduction of waste. This change has created opportunities for the application of production management concepts and methods that have been originated in other industries, such as the Lean Production Philosophy, which has brought several benefits for the construction sector, such as waste reduction, increase in productivity and reliability in delivery time. However, there have been only a few research studies on the application of Lean Production concepts on the production planning and control process of companies involved in the delivery of steel construction systems. The aim of this research work is to propose guidelines for the conception and implementation of production planning and control systems for projects delivered by companies that design, manufacture and assemble steel construction systems. Moreover, some adaptations in the Last Planner Systems are proposed for the context of assembling this type of system. Action research was the research strategy adopted in this investigation, which involved the development of five empirical studies in projects carried out by a Brazilian leading company. This investigation started by carrying out an analysis of the material and information flows among the main departments of the company, as well as by assessing the existing planning and control process for site assembly. Then, a set of improvements in that process were devised and implemented in three construction sites of the company. The main results of this research work are concerned with extending the scope of production system design, adapting the medium and short-term planning levels of the Last Planner System to this context, and integrating the planning and control process for site assembly with upstream processes. Moreover, different types of planning and control systems were proposed for different types of projects, according to their complexity and size.

Este trabalho de pesquisa apresenta um modelo numérico para a análise de estruturas planas sob excitação aleatória induzida pelo vento. O comportamento não-linear da estrutura é considerado adotando-se um modelo constitutivo elasto-plástico para o material, aço estrutural. Os elementos das estruturas estudadas estão sujeitos ao surgimento e desaparecimento de rótulas plásticas, levando a um dimensionamento mais econômico. O conhecimento a respeito de vibrações aleatórias de estruturas lineares encontra-se estabelecido. Por outro lado, poucos resultados encontram-se disponíveis para o caso não linear considerado. Para a simulação de vibrações aleatórias uma análise de Monte Carlo é utilizada. Uma função de densidade espectral de potência das velocidades do vento é usada para gerar um certo número de funções harmônicas de carregamento. Os ângulos de fases destes harmônicos são gerados por um algoritmo pseudo-aleatório. Para cada função de carregamento realiza-se uma integração direta no tempo pelo método de Newmark. A grande quantidade de dados de resposta é tratada estatisticamente de modo a permitir a obtenção de conclusões, a respeito da possibilidade de ocorrência de eventos desfavoráveis, do ponto de vista da engenharia. / This work presents a numerical model to analyze structures under random dynamic excitation induced by the wind. The structure is considered to have nonlinear behavior due to the elastic-plastic constitutive law adopted for the material, structural steel. The members of the studied structures may experience formation or disappearance of plastic hinges, leading to a more economic design. Random vibrations of linear structures is a well established subject. On the other hand, very few results are available for the nonlinear case as the one considered. To simulate random vibrations a Monte Carlo type analysis is used. A power spectral density function for wind velocity is used to generate a large number of harmonic input functions. Their phase angles are generated via a pseudo-random algorithm. Numerical time integration using Newmark’s method is performed for each input function. The large amount of response data obtained is statistically treated to allow for useful engineering conclusions on the probability of occurrence of unfavorable events.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Paulo Jorge de Melo Matias Faria de Vila Real

A esbeltez dos perfis de aço formados a frio pode resultar na interação entre diferentes modos de flambagem, tornando a análise desses componentes uma tarefa complexa. Para o projeto de perfis formados a frio, é fundamental a compreensão da natureza do modo de flambagem ao qual estão submetidos. O cálculo de modos de flambagem puros e a quantificação da interação de modos contribuem para o estudo do comportamento desses perfis. Nesse trabalho, o cálculo da carga crítica elástica de modos de flambagem puros ou combinados é realizado através do uso de modelos de elementos finitos restringidos. Para o cálculo focado em uma classe de flambagem específica (de modos globais, distorcionais, locais ou outros), diferentes procedimentos de restrição são propostos. Utilizando um procedimento de restrição geral, o campo de deformações do modelo é restringido de acordo com uma combinação de modos de deformação da seção, definidos com base nos conceitos da teoria generalizada de vigas e do método das faixas finitas restringido. Na direção longitudinal do perfil, podem ser combinados diversos componentes harmônicos que respeitem as condições de contorno das extremidades. Também são mostrados casos em que todos os componentes harmônicos longitudinais possíveis podem ser automaticamente considerados. O cálculo de modos de flambagem combinados possibilita, automaticamente, a quantificação da interação dos modos considerados. Para validação dos procedimentos propostos, são apresentados resultados numéricos da análise de um perfil C com enrijecedores de borda, com duas diferentes condições de contorno das extremidades, e submetidos a dois tipos de carregamento. Os resultados são comparados com os fornecidos pela teoria generalizada de vigas e pelo método das faixas finitas restringido. Os procedimentos de restrição são aplicados na análise de um perfil inspirado em uma estrutura real com apoios intermediários (ao longo do comprimento), explorando a vantagem da implementação utilizando elementos finitos. O potencial dos procedimentos aqui propostos é discutido. Finalmente, foram sugeridos novos objetivos para a continuação desse trabalho. / The slenderness of cold-formed steel member can result in the interaction of different buckling modes, making the analysis of these members a complex task. In the design of thinwalled members, the understanding of the nature of the buckling mode is fundamental. The calculation of pure buckling modes and the evaluation of the interaction amongst the buckling modes help in the study of the behavior of thin-walled members. In this research, the elastic critical buckling load calculation of pure and combined buckling modes is carried out using constrained finite element models. Different constraining procedures are proposed for the calculation focused on each buckling class (of global, distortional, local or other modes). Using a general constraining procedure, the deformation fields of the model are constrained in accordance with a combination of section deformation modes, which are defined based on the concepts of the generalized beam theory and the constrained finite strip method. In the longitudinal direction on the member, several harmonic components may be combined, which must meet the boundary conditions of the member ends. Cases where all possible longitudinal harmonic components can be automatically considered are also presented. In order to validate the proposed procedures, numerical results are presented on the analysis of a lipped channel, with two different configurations of boundary conditions at member ends and submitted to two different types of loading. The results are compared to the ones provided by the generalized beam theory and the constrained finite strip method. The constraining procedures are applied to the analysis of a member inspired by a real structure with intermediate supports (between the member ends), exploring the advantages of the implementation using the finite element method. The potentiality of the procedures proposed herein is discussed. Finally, new aims are proposed in order to continue this research.

No setor da construção civil, tem ocorrido um aumento na utilização de sistemas industrializados, dentre eles sistemas construtivos metálicos, visto que o uso desses sistemas contribui para o aumento da velocidade de execução dos empreendimentos e para a redução de desperdícios. Esta mudança tem criado oportunidades para a aplicação de conceitos e métodos de gestão da produção, desenvolvidos em outras indústrias, tais como a Filosofia da Produção Enxuta, que tem trazido muitos benefícios ao setor da construção, tais como redução de desperdícios, aumento da produtividade e da confiabilidade nos prazos de entrega. Entretanto, há poucas pesquisas sobre a utilização de conceitos da produção enxuta no processo de PCP de obras de empresas que fornecem sistemas construtivos metálicos. O presente trabalho tem como objetivo geral propor diretrizes para a concepção e implementação de sistemas de Planejamento e Controle de Produção em obras de empresas que projetam, fabricam e montam sistemas construtivos metálicos. São também propostas adaptações no Sistema Last Planner ao contexto de montagem deste tipo de sistema. A estratégia de pesquisa adotada foi a pesquisa-ação, sendo desenvolvidos cinco estudos empíricos em obras de uma empresa líder neste setor. O trabalho iniciou pela realização de um diagnóstico relativo aos fluxos de materiais e informações entre os principais setores da empresa, assim como análise do processo de planejamento e controle existente no processo de montagem. Na sequência, foram definidas e implementadas melhorias no processo de PCP em três obras da empresa. Os principais resultados obtidos pela pesquisa estão relacionados à necessidade de ampliação do escopo do projeto do sistema de produção, à adaptação dos níveis de planejamento de médio e curto prazo do Sistema Last Planner para este contexto, assim como à necessidade de integração do planejamento e controle do processo de montagem a outros processos à montante da obra. São também propostos diferentes tipos de sistemas de planejamento e controle da produção, em função da complexidade e do tamanho da obra. / In the construction sector, there has been an increase on the use of industrialized building systems, including steel construction systems, due to the contribution of those systems in terms of reducing the duration of projects, and reduction of waste. This change has created opportunities for the application of production management concepts and methods that have been originated in other industries, such as the Lean Production Philosophy, which has brought several benefits for the construction sector, such as waste reduction, increase in productivity and reliability in delivery time. However, there have been only a few research studies on the application of Lean Production concepts on the production planning and control process of companies involved in the delivery of steel construction systems. The aim of this research work is to propose guidelines for the conception and implementation of production planning and control systems for projects delivered by companies that design, manufacture and assemble steel construction systems. Moreover, some adaptations in the Last Planner Systems are proposed for the context of assembling this type of system. Action research was the research strategy adopted in this investigation, which involved the development of five empirical studies in projects carried out by a Brazilian leading company. This investigation started by carrying out an analysis of the material and information flows among the main departments of the company, as well as by assessing the existing planning and control process for site assembly. Then, a set of improvements in that process were devised and implemented in three construction sites of the company. The main results of this research work are concerned with extending the scope of production system design, adapting the medium and short-term planning levels of the Last Planner System to this context, and integrating the planning and control process for site assembly with upstream processes. Moreover, different types of planning and control systems were proposed for different types of projects, according to their complexity and size.