Na verificação do estado limite último das estruturas reticuladas em concreto armado se tem sempre os pilares solicitados à flexão oblíqua composta, seja devido a momentos fletores transmitidos pelas vigas ou lajes ou devido a imperfeições construtivas ou por ações normais ao eixo da peça comprimida, atuantes entre seus pontos de vinculação. Neste trabalho se está comparando os resultados que se obtém por dois processos de cálculo, quais sejam, a) Integração numérica com desacoplamentos das flexões nas duas direções principais de inércia com o uso da rigidez secante obtida de diagrama momento-curvatura, ou seja, os esforços de segunda ordem são calculados em cada direção como se não houvesse a solicitação de flexão na direção ortogonal e ao final se verifica a segurança da peça no Estado Limite Último considerando a flexão oblíqua composta; b) integração numérica considerando a flexão oblíqua composta com a curvatura obtida de diagrama momento-curvatura ponto a ponto já no cálculo dos efeitos de segunda ordem. Foram processados 215.740 pilares cuja análise conduz à conclusão de que se pode usar o procedimento citado no item (a) acima, com segurança e sem prejuízo da economia. / At check reticulated reinforced concrete structures in the ultimate limit state one always have the columns requested by a compression with biaxial bending , be due bending moments transmitted bay beams or slabs or due constructions imperfections or actions normal to the axis of the compressed piece acting between its points of attachment. This work is to compare the results that are obtained by two methods of calculation, which are: a) Numerical integration in each main direction of inertia with the use of secant stiffness obtained from bending-curvature diagram, it is, the second order efforts are calculated in each direction as if there was not request bending in the orthogonal direction and the end check the safety at ultimate limit state of the column by considering the biaxial bending; b) Numerical integration in each main direction of inertia with curvatures obtained point to point of moment-curvature diagrams, that consider the biaxial bending, to calculate the second order effects. Were processed 215.740 columns whose analysis leads to the conclusion that we can use the procedure mentioned in tem a) above, safely and without prejudice to the economy.

Com o avanço tecnológico dos computadores e o desenvolvimento de soluções para problemas não lineares através do método dos elementos finitos, hoje é possível fazer uma análise mais complexa e mais próxima da realidade. É de extrema importância à verificação dos resultados obtidos pelos programas com a realidade e saber em quais casos esses modelos podem ser aplicados. Assim, o objetivo deste trabalho é discutir as vantagens e desvantagens da modelagem de estruturas de concreto armado em duas e três dimensões, através dos modelos de fissuras distribuídas. Foram escolhidos três experimentos para a modelagem numérica: o primeiro trata-se de um experimento com uma viga de concreto armado (LEONHARDT; WALTHER, 1962), o segundo experimento também é realizado com uma viga de concreto armado (BRESLER; SCORDELIS, 1963) e o terceiro experimento utiliza vigas de concreto armado em escala reduzida, fabricadas com microconcreto e arame, simulando uma barra de aço lisa (ALMEIDA et al, 2006). Para a modelagem numérica, utilizando-se o modelo de fissuras distribuídas com fissura rotacional e a análise das estruturas de concreto foi escolhido o programa comercial ATENA - \"Advanced Tool Engineering Non-linear Analysis\". / The technological advancement of computers and the development of solutions for nonlinear problems by finite element method are now possible to make more complex the analysis and closer to reality. It is extremely important to verify the results obtained by programs with reality and know which cases these models can be applied. So the objective is to discuss the advantages and disadvantages of modeling reinforced concrete structures in two and three dimensions, through the smeared cracking models. Three experiments were chosen to make the numerical modeling: the first is an experiment with a reinforced concrete beam (LEONHARDT; WALTHER, 1962), the second experiment is also a reinforced concrete beam (BRESLER; SCORDELIS, 1963) and the third experiment is reinforced concrete beams with small-scale and made of wire microconcrete simulating flat steel bar (ALMEIDA et al, 2006). For numerical modeling, using the smeared crack model with rotational crack, and analysis of concrete structures was chosen the commercial program ATENA - Advanced Tool Engineering Non-linear Analysis.

Segundo a legislação brasileira, as estruturas de concreto armado devem ser verificadas em situação de incêndio, de modo a assegurar a capacidade portante para permitir a fuga dos usuários e o combate ao fogo com segurança e minimizar a propagação do incêndio para outros compartimentos. Para estruturas de concreto armado, especial atenção deve ser dada aos pilares. A redução da capacidade portante desses elementos é significativa em situação de incêndio e seu colapso pode resultar na instabilidade global da estrutura em certos casos. O cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado, em fase de projeto, é feito normalmente usando métodos simplificados dados pelas normas técnicas. Esses métodos possuem campos de validade limitados e podem apresentar resultados excessivamente seguros (antieconômicos) e em alguns casos contra a segurança. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta computacional para o cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado em situação de incêndio, dados os campos de temperaturas simétricos na seção transversal em função do tempo de exposição ao incêndio-padrão. O cálculo do pilar foi baseado no método da estimativa da curvatura dado pelo Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). A seção transversal foi discretizada em elementos (concreto e aço), na qual as deformações térmicas e as propriedades termomecânicas de cada elemento foram calculadas de acordo com sua temperatura. O método da estimativa da curvatura permite ainda considerar os efeitos da não linearidade geométrica, que geralmente se tornam importantes devido à redução da rigidez do pilar sob temperaturas elevadas. Foram modelados pilares sob flexão normal composta considerando a seção transversal aquecida de forma simétrica. Os resultados do programa foram comparados a resultados de ensaios de laboratórios internacionais, com o objetivo de validar as hipóteses de cálculo adotadas. / According to Brazilian Codes, reinforced concrete structures must be verified under high temperatures, in order to assure the load bearing capacity to allow the safe evacuation of the users and the fire fighting and to reduce the fire spread to other compartments. For reinforced concrete structures, the columns must be analyzed carefully. The significant reduction in the load bearing capacity of reinforced concrete columns in fire can lead to collapse, which could result in global instability of the structure in some cases. The calculation of the fire resistance time of reinforced concrete columns, in the design phase, is usually done by means of simplified methods given by the standards. These methods are very limited and can result in excessively safe solutions (uneconomical) or unsafe solutions in some cases. A computational tool was developed for calculating the fire resistance time of reinforced concrete columns in fire, given symmetrical temperature fields in cross section as a function of exposure time to standard fire. The calculation method was developed using the method based on estimation of curvature given by Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). The cross section was divided into elements (concrete and steel), in which the thermal strain and thermomechanical properties of each element were calculated according to its temperature. The mechanical behavior of the column under uniaxial bending considered the geometrically nonlinear effects of the structure, which generally become important due to reduced stiffness of the column at elevated temperatures. The results of the numerical analysis and experimental results of full-scale laboratory fire tests on concrete columns performed by international researchers were compared in order to validate the main hypothesis adopted.

Neste trabalho são apresentadas duas importantes áreas de pesquisa voltadas para problemas de otimização: a Programação Matemática e, especialmente, os Algoritmos Genéticos. São classificados grande parte dos métodos clássicos da Programação Matemática, com uma breve apresentação das suas classes de subproblemas, bem como detalhes de alguns métodos. O desenvolvimento da ciência que explica a evolução das espécies é descrito, como uma ponte para a compreensão da técnica dos Algoritmos Genéticos. Apresentam-se as diferenças básicas entre os Métodos Clássicos e os Algoritmos Genéticos, com posterior análise das vantagens e desvantagens entre estas duas classes de ferramentas de otimização. São apresentados os principais parâmetros de influência no funcionamento de um Algoritmo Genético e algumas recomendações quanto às suas configurações. A essência desse trabalho se constitui em alguns exemplos de otimização de estruturas de concreto armado, como o de um trecho de Pilar dimensionado à Flexão Composta Obliqua e um Pórtico Plano de Concreto Armado de Cinco Pavimentos. Finalizando, conclui-se pela tendência promissora dos Algoritmos Genéticos para os próximos anos, o que tornará esta técnica uma das mais importantes e empregadas na resolução de uma vasta gama de aplicações. / This work addresses two important issues of Optimization: Mathematical Programming and Genetic Algorithms. First, classes of optimization problems, that can be handled by the classical methods of Mathematical Programming, are briefly presented. After that, the techniques of Genetic Algorithms are displayed in detail. Such methods are inspired by the laws that rules the evolution of the species. The basic differences between the Mathematical Programming and Genetic Algorithms are deeply discussed. The main parameters that control Genetic Algorithms are described and some recommendations about their values are made.The work is concluded y some optimization examples of reinforced concrete structures, as a column under combined axial load and bi-axial bending and a five floor reinforced concrete plane frame.

Em geral, o índice de confiabilidade e conseqüentemente a probabilidade de atingir-se um estudo limite em estruturas não são uniformes ao introduzir-se a segurança através de coeficientes parciais aplicados à resistência e às ações como propostos pelas normas nacionais e internacionais. A falta de um maior conhecimento das variáveis estruturais pode conduzir o projeto a soluções distantes das ótimas em termos de custos e principalmente à falta de conhecimento do nível de segurança que a estrutura se encontra. A introdução da segurança no projeto estrutural através de métodos probabilísticos permite desenvolvê-lo de maneira mais consciente, possibilitando estimar a probabilidade de falha da estrutura para diversos estados limites. Nesse contexto insere-se o presente trabalho. Inicialmente introduz-se conceitos estatísticos no âmbito global necessários para desenvolver um estudo mecânico-probabilístico. Posteriormente esses conceitos são direcionados para pórticos de concreto armado, mostrando alguns procedimentos possíveis para desenvolver algoritmos capazes de fazer análise probabilística dessas estruturas. Um outro assunto abordado é a análise de sensibilidade das variáveis de projeto, onde procedimentos necessários para desenvolver algoritmos são desenvolvidos. O caminho da otimização acoplada ao problema mecânico probabilístico também é brevemente indicado. Um outro assunto abordado refere-se à análise de modelos mecânicos não-lineares existentes para estrutura aporticada de concreto armado, agora abordando-os estatisticamente. Sugere-se como conclusões de uma análise paramétrica um novo modelo para aceitação do concreto na obra. Ainda como resultado dessa análise, um modelo simplificado para redução da rigidez dos elementos de barra ao realizar os cálculos no regime linear é sugerido. / Using partial coefficients to reduce or to increase structure design parameter values, as proposed by the Brazilian and by other international codes, in general, does not lead to uniform reliability indices and consequently does not guarantee desired failure probability of the structures. The lack of structural variable knowledge may lead to not optmized designs in terms of either minimum cost or ideal shape. Moreover, it mainly can lead to structures for which the safety level is completely unknown. Introducing safety in structural designs by using probabilistic methods leads to more accurate procedure in terms of knowing the failure probabilities, which is the main objective of the present work. Initially, the statistic concepts, necessary to develop a mechanic-probabilistic study in the general sense, are introduced and discussed. Then, they are particularized to plane reinforced concrete frames. Some possible procedures are adopted to develop mechanical-probabilistic algorithms dedicated to this specific probabilistic analysis. Sensibility analysis of the design variables is another subject discussed in this work, with emphasis on the procedures used to develop the corresponding software. In addition, the work briefly describes the optimization and mechanical-reliability problem coupling, as well as non-linear mechanical models of this particular reinforced concrete structure now seen under a statistical view. A new model to accept the two first statistical moments of concrete strength is suggested on the basis of a parametric analysis. As another consequence of this analysis, a simplified model to compute stiffness reduction of concrete bar element is also suggested.

Este trabalho estuda o comportamento estrutural de blocos sobre estacas em concreto armado situados em divisas de terrenos. Foi feita revisão bibliográfica abordando os assuntos de blocos de coroamento, vigas de equilíbrio, modelo de bielas e tirantes e um breve comentário sobre o programa computacional Diana (2010). O trabalho apresenta um roteiro para análise estrutural e dimensionamento de vigas de equilíbrio sobre estacas com pilar excêntrico ao apoio. É apresentado um exemplo feito por Andrade (1989), comparado com o método proposto por Burke (1979) e com análise numérica. Além deste, foram analisados casos de projetos reais utilizando o método Burke (1979) adaptado neste trabalho. Alguns desses exemplos foram modelados em regime elástico e linear no programa computacional Diana (2010). São apresentadas comparações de resultados obtidos com o método Burke (1979) e análise numérica, comprovando a eficácia desse método. Em todos os exemplos estudados o método proposto por Burke (1979) indicou bons resultados quando comparados com os encontrados em análise computacional. A dissertação apresenta soluções para projetos de bloco sobre estacas, situados em divisas de terrenos e associados a vigas de equilíbrio. / This research investigates the structural behavior of reinforced concrete blocks piles located on the limit of land. Literature review was done about blocks piles, balance beams, strut and tie model and a short comment about the Diana computer program (2010). The dissertation presents a roadmap for structural analysis and sizing of balance beams on stakes with eccentric support pillar. An example, which was studied by Andrade (1989), is compared with the same example done using the method proposed by Burke (1979) and with numerical analysis. In addition to this, are analyzed real cases of projects using the method of Burke (1979). Some of these examples were modeled in linear and elastic characteristics using Diana program computer (2010). Here, it is presented comparisons between the method proposed by Burke (1979) and numerical analysis. It is presented comparisons between the method Burke (1979) and numerical analysis, proving the effectiveness of this method. In all examples studied the method proposed by Burke (1979) provided with good accuracy the results for computer analysis. The conclusion presents suggestions for projects of block piles located in limit of land associated with balance beams.

Este trabalho trata da evolução natural do modelo de cálculo em regime elástico linear, largamente empregado no dimensionamento de pavimentos de concreto armado, para modelos com maior capacidade de representação. Implementados a um sistema computacional, elementos finitos de barra de Euler são aplicados à representação das vigas e dos pilares, e elementos finitos de placa de Kirchoff, à representação das lajes. A descrição do comportamento nãolinear físico desses elementos é introduzida por relações constitutivas atuais, e em dois campos: através das relações de momento fletor por curvatura incorporadas a elementos não-estratificados; e pela introdução de relações constitutivas uniaxiais para o concreto e o aço, a elementos estratificados. As possíveis formas de emprego dos modelos não-lineares no dimensionamento estrutural, e os principais problemas envolvidos com esse tema são discutidos e, após um estudo crítico sobre algumas das propostas atualmente empregadas, apresenta-se uma abordagem original do problema. Ao final, o dimensionamento de elementos estruturais isolados possibilita uma comparação entre as propostas, e apresenta subsídios para a evolução dos procedimentos empregados no dimensionamento de pavimentos usuais de concreto armado / This work deals with the natural evolution of the design model based on linear elasticity, widely employed on reinforced concrete floor designs, to an improved design model. Both Euler beam finite elements employed to describe beam and column behavior and Kirchoff plate element applied to represent the slab behavior are implemented to a computational system. The description of the non-linear behavior to these elements is introduced by current constitutive relationships in two fields: through the moment-curvature relationships applied to non-layered elements and by introducing uniaxial constitutive relations to both concrete and steel reinforcement, applied to layered elements. The possible ways of employing non-linear models to the structural design, and the main problems involved in that area are discussed and, after a critical study on some of the proposals currently employed, an original one is presented. Finally, the design of isolated structural elements enables one to establish a comparison among the proposals, and presents backgrounds for the evolution of the procedures employed to the design of usual reinforced concrete floors

Para calcularem-se lajes de concreto armado considerando todos os esforços resistentes, incluindo o momento volvente, é necessário o conhecimento de procedimentos para determinar momentos normais a duas direções escolhidas, segundo as quais serão dispostas as armaduras, que cubram o terno de esforços Mx, My e Mxy. No presente trabalho são estudados e comparados dois métodos para armaduras ortogonais e um método para o caso de armaduras oblíquas entre si. Com a finalidade de se considerar a resistência do concreto ao momento volvente no detalhamento das armaduras, são estudadas as resistências do concreto às tensões cisalhantes devidas à força cortante e ao momento torçor e as maneiras de se combinarem essas tensões. Outra finalidade do trabalho foi a de desenvolver pré-processadores para facilitar a modelagem de pavimentos por elementos finitos e um pós-processador que permitisse a análise dos resultados utilizando os conceitos estudados. Utilizando estes \"softwares\" fez-se um pequeno estudo de lajes retangulares apoiadas nos quatro lados, procurando avaliar as recomendações existentes na bibliografia especializada, sobre as armaduras de canto necessárias a esse tipo de laje. Fez-se, também uma comparação de detalhamentos das lajes de um pavimento tipo calculadas pelo método das charneiras plásticas, pelo método dos elementos finitos sem a consideração da rigidez à torção e pelo método dos elementos finitos considerando a rigidez à torção. / In order to design reinforced concrete slabs considering all the resisting moments, including the torsional moment, it is necessary to know procedures to determine normal moments, in two chosen reinforcement directions, that are equivalent to the field of moments Mx, My and Mxy. In this work, two methods for orthogonal reinforcement are studied and compared and one for skew reinforcement is studied. In an attempt to consider the resistance of concrete to the torsional moment, the shear stress due to shear carried by concrete and the shear stress due to torsion carried by concrete and the ways of combining them are studied. Another aim of this work was to develop pre-processors to facilitate the process of modeling building floors in finite elements and one post-processor that permits the analysis of the results, using the concepts of this work. Using these softwares, a short study of simply supported rectangular slabs was made, in an attempt to evaluate the recommendations, found in the specialized bibliography, about the corner reinforcement necessary in these kinds of slabs. A comparison of the slabs design of one building floor, calculated using the yield line theory, using the finite element method without the torsional strength and using the finite element method with the torsional strength was also made.

Este trabalho estuda o comportamento de blocos rígidos de concreto armado sobre uma, duas, três, quatro e cinco estacas, submetidos à ação de força centrada. Com o objetivo de contribuir para critérios de projeto, utilizaram-se resultados obtidos por meio de modelos analíticos e realizou-se análise numérica utilizando-se programa baseado no método dos elementos finitos. Foi desenvolvida, ainda, uma análise comparativa entre os processos de dimensionamento adotados em projeto, na qual se verificou grande variabilidade dos resultados. Para análise numérica adotou-se comportamento do material como elástico linear e os resultados de interesse foram os fluxos de tensões em suas direções principais. Nos modelos adotados variaram-se os diâmetros de estacas e dimensões de pilar, a fim de se verificar as diferenças na formação dos campos e trajetórias de tensões. Concluiu-se que o modelo de treliça utilizado em projetos é simplificado e foram feitas algumas sugestões para a utilização de um modelo de bielas e tirantes mais refinado. Foi possível a verificação da influência da variação da geometria de estacas e de pilares no projeto de blocos sobre e a revisão dos critérios para os arranjos das armaduras principais. Para os modelos de blocos sobre cinco estacas adotados concluiu-se que o comportamento não é exatamente como considerado na prática / This work describes the behavior of rigid reinforced concrete pile-caps with one, two, three, four and five piles subjected to patches of loading on the center top surfaces of the column. Programs based on finite elements method were used to obtain numerical results and results obtained by means of analytic models were used. A comparative analysis was developed among the processes adopted in design, which large variability of the results was verified. An elastic linear behavior of the material was adopted for numerical analysis and interest results were stress paths along main directions. Piles diameters and column dimensions of the models were been varied, in order to verify the differences in the formation of the regions and trajectories of stress. It is ended that used the truss model is simplified. Some suggestions were made for the use of a more refined strut-and-tie model than the one used in design and it was possible the verification of the variation geometry of piles and columns influence. It was still made a revision of the reinforcement layouts. The conclusion for adopted five-pile-caps was that the behavior is not exactly as considered in the practice

É cada vez mais curto o tempo que um engenheiro tem para desenvolver adequadamente os projetos. Com prazos cada vez menores para a concepção, o pré-dimensionamento das estruturas é, geralmente, definido com base em projetos desenvolvidos anteriormente e, essa estrutura assim concebida, é processada de modo a verificar o atendimento aos requisitos de segurança. Dessa forma, uma vez atendidos esses requisitos, dificilmente o grau de economia encontrado é verificado, uma vez que o projeto precisa ser entregue no prazo acordado. Os procedimentos automatizados de otimização de estruturas se inserem neste contexto para possibilitar uma agilidade no processo de se encontrar, entre as soluções possíveis, aquela que vai levar a uma estrutura mais econômica. Além de auxiliar na definição das dimensões dos elementos estruturais, o processo de otimização pode indicar ao projetista partes da estrutura que necessitam de uma maior atenção, de forma a se obter a economia desejada. Neste trabalho é apresentado um procedimento para otimizar o pré-dimensionamento de edifícios em concreto armado, tratados simplificadamente como pórticos planos. A partir do posicionamento dos elementos e dos valores limites para as variáveis envolvidas, utilizando um método de aproximações combinadas, é aplicada uma função de mínimo custo para a seção transversal das vigas e dos pilares, obtendo-se uma solução de mínimo custo para a estrutura estudada. / Engineers have nowadays considerably less time to adequately develop their projects than in the past. Because of increasingly shorter deadlines for project conception, the first draft design of the structures is usually defined based on previously developed projects, aiming evidently to assure all safety requisites. While the focus is on meeting the agreed deadlines and the aforementioned safety requisites, it is rare that we effectively address the issue of economic savings. In this context, we hereby present automated procedures for structures optimization in which the main goal is to yield tothe least-cost-solutions from a economical perspective, meeting short deadlines and all safety requisites. Besides helping in the definition of the dimensions of the structural elements, the optimization process allows the designer to have a clear vision of the critical structural parts, in order to obtain the desired economical savings/gains. We hereby present a procedure to optimize the first draft design of reinforced concrete buildings, approximated by plane frames. Based on the elements positioning and the set values for the involved variables, and by utilizing a method of combined approximations, it is applied a function for least cost beams and columns cross-section, obtaining the least cost solution for the structure under analysis.