A crescente utilização do aço inoxidável como elemento estrutural despertou o interesse de clientes, arquitetos e engenheiros nos últimos anos. Apesar do custo ainda elevado, a sua aplicação na construção civil vem substituindo outros elementos estruturais. Seja por sua alta resistência à corrosão, aumentando a relação custo benefício; sua estética, proporcionando formas cada vez mais ousadas ou; seu apelo ambiental, gerando menos resíduos no meio ambiente. As subestações representam um papel importante no fornecimento de energia. Como possuem grande complexidade para manutenção, foi escolhida a estrutura suporte de seu barramento, para o dimensionamento em aço inoxidável. Desta forma, minimizando as paradas para realização de manutenções das estruturas, possibilitando maior qualidade no fornecimento de energia elétrica. Para fins comparativos foi escolhido o projeto de uma SE existente, cuja estrutura de suporte do barramento, foi construída por treliças formadas por cantoneiras de aço carbono galvanizado. Inicialmente, o dimensionamento foi desenvolvido utilizando perfis H e I funcionando como viga-coluna para os dois tipos de aço. Num segundo momento, a estrutura foi dimensionada como treliças planas. Todos os dimensionamentos foram realizados de acordo com as prescrições normativas do EUROCODE 3. Após realização dos dimensionamentos, foram apresentadas as análises comparativas dos custos envolvidos para os tipos de aço. Abordando o investimento inicial, os gastos com manutenção ao longo da vida e os custos elétricos agregados à redução das paradas para manutenção. / The increasing use of stainless steel as a structural element motivated, in recent years, the continuous interest of customers, architects and engineers. Despite its high cost, its application in construction have been replacing other structural elements. This is mainly due to its high corrosion resistance that increases its cost-effective ratio, its aesthetic that enables the construction of increasingly bold forms and its environmental appeal that generates less environmental waste. The electric power substations represent an important role in the global energy supply. Since its maintenance is a complex and costly process, one of its bus support structure was chosen to be designed in stainless steel. This strategy minimizes the number of stoppages for structural maintenance, enabling a higher quality power supply. For comparative purposes an existing power substation has been chosen where the bus supporting structure was made of galvanized carbon steel angle bar trusses. Initially, the design adopted I and H profiles functioning as beam-column for the two types of steel analyzed. In a second stage, the structure was designed as a plane truss. All designs were performed in accordance to the requirements of EUROCODE 3 standard. This was followed by comparative analyses of the costs involved for the studied steel types. These analyses involved the initial investment assessment properly contextualized with the posterior spending on maintenance and electrical costs of the stoppages and were set against the gains in reducing the downtime for maintenance of the stainless steel solution.

A crescente utilização do aço inoxidável como elemento estrutural despertou o interesse de clientes, arquitetos e engenheiros nos últimos anos. Apesar do custo ainda elevado, a sua aplicação na construção civil vem substituindo outros elementos estruturais. Seja por sua alta resistência à corrosão, aumentando a relação custo benefício; sua estética, proporcionando formas cada vez mais ousadas ou; seu apelo ambiental, gerando menos resíduos no meio ambiente. As subestações representam um papel importante no fornecimento de energia. Como possuem grande complexidade para manutenção, foi escolhida a estrutura suporte de seu barramento, para o dimensionamento em aço inoxidável. Desta forma, minimizando as paradas para realização de manutenções das estruturas, possibilitando maior qualidade no fornecimento de energia elétrica. Para fins comparativos foi escolhido o projeto de uma SE existente, cuja estrutura de suporte do barramento, foi construída por treliças formadas por cantoneiras de aço carbono galvanizado. Inicialmente, o dimensionamento foi desenvolvido utilizando perfis H e I funcionando como viga-coluna para os dois tipos de aço. Num segundo momento, a estrutura foi dimensionada como treliças planas. Todos os dimensionamentos foram realizados de acordo com as prescrições normativas do EUROCODE 3. Após realização dos dimensionamentos, foram apresentadas as análises comparativas dos custos envolvidos para os tipos de aço. Abordando o investimento inicial, os gastos com manutenção ao longo da vida e os custos elétricos agregados à redução das paradas para manutenção. / The increasing use of stainless steel as a structural element motivated, in recent years, the continuous interest of customers, architects and engineers. Despite its high cost, its application in construction have been replacing other structural elements. This is mainly due to its high corrosion resistance that increases its cost-effective ratio, its aesthetic that enables the construction of increasingly bold forms and its environmental appeal that generates less environmental waste. The electric power substations represent an important role in the global energy supply. Since its maintenance is a complex and costly process, one of its bus support structure was chosen to be designed in stainless steel. This strategy minimizes the number of stoppages for structural maintenance, enabling a higher quality power supply. For comparative purposes an existing power substation has been chosen where the bus supporting structure was made of galvanized carbon steel angle bar trusses. Initially, the design adopted I and H profiles functioning as beam-column for the two types of steel analyzed. In a second stage, the structure was designed as a plane truss. All designs were performed in accordance to the requirements of EUROCODE 3 standard. This was followed by comparative analyses of the costs involved for the studied steel types. These analyses involved the initial investment assessment properly contextualized with the posterior spending on maintenance and electrical costs of the stoppages and were set against the gains in reducing the downtime for maintenance of the stainless steel solution.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, as tendências competitivas do mercado mundial, têm forçado os engenheiros estruturais a desenvolver soluções de projeto que acarretem em menor peso e custo de execução. Uma consequência direta desta nova tendência de projeto é o aumento considerável de problemas relacionados a vibrações de piso indesejadas. Por esta razão, os sistemas estruturais de pisos podem tornar-se vulneráveis a vibrações excessivas, como por exemplo, aquelas induzidas por equipamentos mecânicos (máquinas rotativas). Deste modo, este trabalho objetiva investigar o comportamento dinâmico de uma plataforma de aço para produção de petróleo, localizada na bacia de Santos (campo de Merluza), São Paulo, Brasil. Para tal, investiga-se a influência das ações dinâmicas oriundas dos equipamentos mecânicos localizados sobre os decks metálicos da plataforma. A resposta dinâmica do modelo estrutural foi determinada através de um extenso estudo numérico, a partir da análise de suas frequências naturais, deslocamentos, velocidades e acelerações de pico. Nesta investigação, as cargas dinâmicas provenientes dos equipamentos mecânicos (máquinas rotativas) foram aplicadas sobre o piso metálico do sistema estrutural. Com base obtenção da resposta dinâmica da estrutura (deslocamentos, velocidades e acelerações), foi possível avaliar a performance do modelo estrutural em termos de critérios de conforto humano e das tolerâncias máximas referentes aos equipamentos mecânicos, de acordo com normas e recomendações de projeto. / Nowadays, the competitive trends of the world market have long been forcing structural engineers to develop minimum weight and labor cost solutions. A direct consequence of this new design trend is a considerable increase in problems related to unwanted floor vibrations. For this reason, the structural floors systems can become vulnerable to excessive vibrations, for example, produced by impacts such as mechanical equipments (rotating machinery). This way, the present paper investigated the dynamic behavior of a production platform made of steel and located in Santos bay (Merluza field), São Paulo, Brazil. Mechanical equipments were located on the steel decks of the structural model, related to electrical generators. This way, this research investigates the influence of the dynamic actions induced by mechanical equipments located on the steel floor of the platform. The dynamic response of the structural model was determined through an extensive numerical study, from the analysis of its natural frequencies, displacements, velocities and peak accelerations. In this study, the dynamic loads induced by the mechanical equipments (rotating machinery) were applied on the steel floor of the structural system. Based on the structural dynamic responses (displacements, velocities and accelerations) obtained, it was possible to evaluate the performance of the structural model in terms of the human comfort criteria and maxim tolerances related to the mechanical equipments, according to the design.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:22:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wladimir Capelo Magalhaes.pdf: 18102197 bytes, checksum: dd9b04e84d048e366196fe8ec020eed2 (MD5) Previous issue date: 2015-02-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of steel structures as building system in multistory buildings is growing every year in Brazil. This evolution, though still slow compared to other countries, is possible thanks to the characteristics of steel and the manufacturing process and production of steel structures. This research paper presents an analysis the use of steel structures in multistory buildings constructed in Sao Paulo in the last 20 years, showing how the use of metal structures was essential to solve the specific problems of each challenge. For this it was essential to understand how metal structures historically evolved since the eighteenth century. From this historical survey, it was possible to establish a series of conditions in the specific use of steel structures that provided its evolution. In addition, there was a survey about the steel industry in Brazil, with an overview of their production, properties, advantages and limitations in order to understand how these characteristics are reflected in the construction of multistory buildings. In the project analysis, seven works were chosen in São Paulo who used the apparent steel structure as the main construction system so that the design adopted confirm structural solutions proposed by architects. To support the analysis, were considered graphics, photos, interviews and three-dimensional electronic models that facilitate the understanding of the structure and elucidate the importance of the use of metal structures. With the results, it was possible to define a set of constraints and determinants of the use of steel in construction that must be considered in the development of architectural design. / O uso das estruturas metálicas como sistema construtivo nas edificações de múltiplos andares vem crescendo a cada ano no Brasil. Essa evolução, embora ainda lenta em comparação a outros países, se dá graças a uma série de características próprias do aço e do processo de fabricação e de produção das estruturas metálicas. Esse trabalho de pesquisa apresenta uma análise do uso das estruturas em aço no projeto de edifícios de múltiplos andares construídos em São Paulo nos últimos 20 anos, evidenciando como o emprego das estruturas metálicas foi essencial para resolver os problemas projetuais específicos de cada obra apresentada. Para isso, foi fundamental compreender como as estruturas metálicas evoluíram historicamente na construção civil desde o século XVIII, pois a partir desse levantamento histórico, foi possível pontuar uma série de condicionantes do uso das estruturas em aço que proporcionaram a sua evolução como sistema construtivo na forma como se apresenta hoje. Além disso, foi realizado um levantamento a respeito da indústria do aço no Brasil, traçando um panorama da sua produção, propriedades, vantagens e limitações a fim de compreender como essas características se refletem nos condicionantes e determinantes do aço na construção de edifícios de múltiplos andares. Como metodologia de análise, foram escolhidas sete obras na cidade de São Paulo que utilizaram a estrutura metálica aparente em aço como principal sistema construtivo, de forma que a linguagem adotada evidenciasse as soluções estruturais propostas pelos arquitetos. Para apoiar a análise, foram considerados desenhos, fotos, entrevistas e maquetes eletrônicas tridimensionais que facilitassem a compreensão da estrutura e elucidassem a importância do emprego das estruturas metálicas. Com os resultados obtidos, foi possível definir um conjunto de condicionantes e determinantes do uso do aço que deve ser considerado no desenvolvimento do projeto arquitetônico.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais é considerada uma solução cara para os problemas da engenharia estrutural. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil, uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais têm seguramente provocado um aumento na utilização do aço inoxidável. As normas de projeto de aço inoxidável atuais são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas não-lineares tensão versus deformação (tensão e compressão, paralela e perpendicular a laminação do material), sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos, modificando assim, o comportamento global das estruturas que o utilizam. Em elementos estruturais submetidos a forças axiais de tração, a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável S304, este trabalho apresenta um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos através do programa Ansys (versão 11). A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises e curvas tensão versus deformação verdadeira. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange atualizado. O modelo numérico foi calibrado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório, a partir de ligações aparafusadas alternadas rígidas, onde não se ocorre nenhuma rotação entre os membros, transferindo nenhum momento fletor, apenas esforço normal e cisalhante. / Currently, the use of stainless steel in structural elements is considered an extravagant solution to structural engineerings problems. However, changes in attitudes within civil construction, global transition to sustainable development and environmental impacts reduction have certainly caused an increase in the use of stainless steel. Today, the codes for design of stainless steel are largely based on assumed analogies with the behavior of structures developed with carbon steel. However, stainless steel present four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the lamination material) without yielding plateau and strain hardening zones clearly defined, thus changing the overall behavior of the structures that use it. In Structural elements subjected to axial forces of tension, the net section rupture usually represents one of its controlling ultimate limit states. In order to evaluate the tensile resistance of structural components bolted stainless steel S304, this work provides a numerical model based on the finite element method using the program ANSYS (version 11). The non-linear of the material was considered by the criterion of Von Mises and stress versus strain true curves. The geometric nonlinearity was introduced into the model through the formulation of Lagrange Updated. The numerical model was calibrated based on experimental results, from rigid alternate bolted connection, which do not occur any rotation among the members, transferring any bending moment, only normal and shear internal forces.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, as tendências competitivas do mercado mundial, têm forçado os engenheiros estruturais a desenvolver soluções de projeto que acarretem em menor peso e custo de execução. Uma consequência direta desta nova tendência de projeto é o aumento considerável de problemas relacionados a vibrações de piso indesejadas. Por esta razão, os sistemas estruturais de pisos podem tornar-se vulneráveis a vibrações excessivas, como por exemplo, aquelas induzidas por equipamentos mecânicos (máquinas rotativas). Deste modo, este trabalho objetiva investigar o comportamento dinâmico de uma plataforma de aço para produção de petróleo, localizada na bacia de Santos (campo de Merluza), São Paulo, Brasil. Para tal, investiga-se a influência das ações dinâmicas oriundas dos equipamentos mecânicos localizados sobre os decks metálicos da plataforma. A resposta dinâmica do modelo estrutural foi determinada através de um extenso estudo numérico, a partir da análise de suas frequências naturais, deslocamentos, velocidades e acelerações de pico. Nesta investigação, as cargas dinâmicas provenientes dos equipamentos mecânicos (máquinas rotativas) foram aplicadas sobre o piso metálico do sistema estrutural. Com base obtenção da resposta dinâmica da estrutura (deslocamentos, velocidades e acelerações), foi possível avaliar a performance do modelo estrutural em termos de critérios de conforto humano e das tolerâncias máximas referentes aos equipamentos mecânicos, de acordo com normas e recomendações de projeto. / Nowadays, the competitive trends of the world market have long been forcing structural engineers to develop minimum weight and labor cost solutions. A direct consequence of this new design trend is a considerable increase in problems related to unwanted floor vibrations. For this reason, the structural floors systems can become vulnerable to excessive vibrations, for example, produced by impacts such as mechanical equipments (rotating machinery). This way, the present paper investigated the dynamic behavior of a production platform made of steel and located in Santos bay (Merluza field), São Paulo, Brazil. Mechanical equipments were located on the steel decks of the structural model, related to electrical generators. This way, this research investigates the influence of the dynamic actions induced by mechanical equipments located on the steel floor of the platform. The dynamic response of the structural model was determined through an extensive numerical study, from the analysis of its natural frequencies, displacements, velocities and peak accelerations. In this study, the dynamic loads induced by the mechanical equipments (rotating machinery) were applied on the steel floor of the structural system. Based on the structural dynamic responses (displacements, velocities and accelerations) obtained, it was possible to evaluate the performance of the structural model in terms of the human comfort criteria and maxim tolerances related to the mechanical equipments, according to the design.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais é considerada uma solução cara para os problemas da engenharia estrutural. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil, uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais têm seguramente provocado um aumento na utilização do aço inoxidável. As normas de projeto de aço inoxidável atuais são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas não-lineares tensão versus deformação (tensão e compressão, paralela e perpendicular a laminação do material), sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos, modificando assim, o comportamento global das estruturas que o utilizam. Em elementos estruturais submetidos a forças axiais de tração, a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável S304, este trabalho apresenta um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos através do programa Ansys (versão 11). A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises e curvas tensão versus deformação verdadeira. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange atualizado. O modelo numérico foi calibrado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório, a partir de ligações aparafusadas alternadas rígidas, onde não se ocorre nenhuma rotação entre os membros, transferindo nenhum momento fletor, apenas esforço normal e cisalhante. / Currently, the use of stainless steel in structural elements is considered an extravagant solution to structural engineerings problems. However, changes in attitudes within civil construction, global transition to sustainable development and environmental impacts reduction have certainly caused an increase in the use of stainless steel. Today, the codes for design of stainless steel are largely based on assumed analogies with the behavior of structures developed with carbon steel. However, stainless steel present four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the lamination material) without yielding plateau and strain hardening zones clearly defined, thus changing the overall behavior of the structures that use it. In Structural elements subjected to axial forces of tension, the net section rupture usually represents one of its controlling ultimate limit states. In order to evaluate the tensile resistance of structural components bolted stainless steel S304, this work provides a numerical model based on the finite element method using the program ANSYS (version 11). The non-linear of the material was considered by the criterion of Von Mises and stress versus strain true curves. The geometric nonlinearity was introduced into the model through the formulation of Lagrange Updated. The numerical model was calibrated based on experimental results, from rigid alternate bolted connection, which do not occur any rotation among the members, transferring any bending moment, only normal and shear internal forces.