Encontro Nacional de Engenharia e Consultoria Estrutural 17 e 18 de Outubro de 2007 Novos Paradigmas da Engenharia Estrutural

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Encontro Nacional de Engenharia e Consultoria Estrutural

17 e 18 de Outubro de 2007

Novos Paradigmas da Engenharia Estrutural

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Origem dos Novos Paradigmas da Engenharia (Estrutural)

Os novos paradigmas (modelos ou exemplos que servem de referência) surgem da defasagem entre o conhecimento técnico-científico e a prática da engenharia

Estado Atual do Desenvolvimento Técnico-Científico Estado da Arte da Prática da Engenharia Estrutural Novos Paradigmas Defasagem

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O Atraso da Engenharia (Estrutural) Prática em relação aos

Conhecimentos Técnico-Científicos Contemporâneos

Estado Atual do Conhecimento Técnico-Científico Engenharia Estrutural Normas de Projeto e Construção Desenvolvimento acelerado Defasagem (~15 anos) Desenvolvimento de Inovações Tecnológicas Novos Processos e Produtos Barreiras! no Brasil Conservadorismo Implementação e Testes de Protótipos Engenharia Estrutural Prática Regulatórias

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Defasagem entre o Estado da Arte e

o Conhecimento Técnico-Científico

Essa defasagem pode ser diminuída com as seguintes providências:

• Melhoria da formação dos jovens engenheiros com a modernização do ensino de graduação com currículos interdisciplinares; e não somente multidisciplinares. Inclusão de cursos em empreendedorismo, línguas, ética e humanidades para o aculturação pessoal;

• Aumentos dos investimentos em P&D e incentivo em treinamentos de pesquisadores e doutores para migrarem para o setor industrial e para novos empreendimentos industriais com inovação tecnológica;

• Transformação das Normas de Projeto de caráter regulatório em Recomendações Técnicas flexíveis; i.e. liberando os engenheiros estruturais para exercerem suas atividades com criatividade, utilizando os conhecimentos técnico-científicos contemporâneos, sendo deles, entretanto, exigida uma maior responsabilidade individual;

• Romper as grandes barreiras para implementação das inovações tecnológicas que podem aumentar, ainda mais, essa defasagem.

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Aspectos Principais do Projeto Estrutural

Concepção e Análise Estrutural

CAE

Materiais Novos e também Convencionais

M

Ações Interação “meio”-estrutura

A

Num projeto estrutural CAE – M – A são indissociáveis.

Situação do engenheiro estrutural prático

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• Os mais relevantes paradigmas da engenharia estrutural estão associados aos conhecimentos em físico-química e mecânica dos materiais e em mecânica-estrutural, e aos conhecimentos dos fenômenos de interação “meio”-estrutura, onde,

além da modelagem matemática-numérica dos efeitos causados por esses fenômenos, por exemplo:

– Pelo movimento relativo entre um fluido (ar/vento/água/onda) e a estrutura; entre o terreno/solo?? e as fundações e estrutura;

– Ou ainda, movimento relativo entre a estrutura ... (aeronave) e o fluido (ar)... Etc.

“meios” Terra, água, ar e “fogo” (os 4 elementos naturais)

Ao mesmo tempo ação e “meio” criado acidentalmente

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Paradigma em CAE

O projeto de uma estrutura num “meio” ou combinação de “meios” quaisquer, requer os necessários conhecimentos técnico-científicos, uma modelagem numérico-computacional adequada e a adoção de um dos seguintes procedimentos:

a) Tradicional Espiral de Projeto:

− Se a concepção estrutural e materiais são convencionais;

− Se as forças atuantes são “estáticas” ou podem ser modeladas

como “equivalente estáticas”;

− Se o comportamento (estrutura e materiais) é linear;

b) Métodos de Busca de Projetos Otimizados, via técnicas de programação Não-linear e de Otimização Multi-objetivos / Multi-parâmetros:

− Métodos (Goal Programming, Genetic Algorithms) já bastante estabelecidos e testados em trabalhos de pesquisa e desenvolvimento.

I Banco de dados Experiência do projetista Red ime nsi on am ento Rea nál ise F Projeto final “Otimizado”

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A aplicação desses métodos elimina o tradicional procedimento e os passos de cálculo. A busca da solução otimizada é feita sem uma seqüência pré-fixada de cálculos, mas condicionada a atingir alvos respeitando um conjunto de objetivos e restrições.

Método de Busca GP aplicado ao Projeto Otimizado

Gerenciador Normas de Projeto Fórmulas, prescrições Conjunto de Restrições Modelos Numérico-Computacionais para Análise Estrutural

Domínio Alvo

Conjunto de Objetivos

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Projeto Otimizado de uma Estrutura Via

Técnica de Otimização Multi-objetivos

Busca de Solução Compromissada Funcionalidade/Utilização Custo Segurança Parâmetros de projeto Recursos financeiros Modelos num. Normas técnicas Restrições naturais

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Sistema Computacional

para Projeto Otimizado

de Pontes Estaiadas

Funcionalidade/Utilização Custo Segurança Parâmetros de projeto Recursos financeiros Modelo num. Normas técnicas Restrições naturais

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ESTRUTURAS TENSO-TÊXTEIS

Tenda COPPE

Espaço Miguel de Simoni

2003

Arquitetura: Fernanda Metello

Estrutura: Vinicius Maia Barreto de Oliveira e

Ronaldo Carvalho Battista

Dimensões em planta

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Viga treliça de perfis tubulares cilíndricos pultrudados para pontes desmontáveis

Material compósito de matriz polimérica (epoxy) e fibras de vidro

0 100 200 300 0 1 2 3 4 5 Deslocamento (mm) C a rg a ( k N )

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0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 D eslo cament o ( mm) FV1 FV2 FV3 FV4 FV5 FV6

Cascas de concreto de Ultra-Alto

desempenho reforçado com fibras

Concretagem em forma de acrílico 235 180 128 ƒ_c(MPa) 317 40 7 Idade (dias)

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Corpo de prova:

viga chata de 17 x 100 x 400mm.

Múltipla fissuração observada após a carga de formação da primeira fissura.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 5 10 15 20 25 Deslocamento (mm) Experimental

Ensaios de flexão por quatro pontos em lâmina de CUAD

235 180 128 ƒ_c(MPa) 317 40 7 Idade (dias)

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Cascas cilíndricas de material cerâmico com concreto de ultra-alto

desempenho reforçado com fibras sem barras de armadura

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Problema de Fluido-dinâmica Computacional: Choque fluido sobre obstáculo Programa Edge CFD – NACAD/COPPE/UFRJ

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Atenuação de oscilações induzidas

pelo vento na Ponte Rio-Niterói

Modelagem Numérica-Computacional – Interação Fluido-Estrutura

Programa E-CFD-COPPE ; Fluido Dinâmica Computacional

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Imagens da câmera de vídeo instalada no meio do vão lateral

Imagens da câmera de vídeo instalada dentro de uma das duas vigas celulares

Data do registro: 06/03/2006

Duração do evento: 25 min (15 min iniciais V= 55 km/h

Sistema de Múltiplos ADS em operação

na Ponte Rio-Niterói sob ação de Vento

COPPETEC Projetos, Pesquisas e Consultoria em Engenharia - Rio de Janeiro

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Sistema MADS – Múltiplos Atenuadores Dinâmicos Sincronizados para redução das vibrações induzidas pelo público

nas estruturas das arquibancadas do Estádio do Maracanã

Consolos da Arquibanc ada 21 m Localização dos ADS Cabines da Imprensa Enrijece dor Consolos da Marquise 31 m

Detalhe de um par dos 36 ADS instalados no

Interior das estruturas das arquibancadas

Interior das estruturas das arquibancadas -3 -2 -1 0 1 2 3 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) A c e le ra ç ã o ( m /s ²)

Sem MADS Com MADS

4.42 2.26 4.41 2.20 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Frequencia (Hz) A u to -e s p e c tr o (m /s 2 )

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Millenium

Millenium BridgeBridge, Londres , Londres --20002000

Excita

Excitaçção lateral sincronizadaão lateral sincronizada

ADS ADS e e AMVE AMVE

Problemas de vibra

ç

ões em passarelas

podem ser eliminados na fase de projeto

NOVAS CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS COM CONTROLE DINÂMICO:

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Torres de Linhas de Transmissão de Energia Elétrica

Modelagem Numérico-Computacional e Controle Dinâmico

das Linhas e Torres de LTEE acopladas sob ação do vento

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Usina de ondas para geração de energia elétrica

Tanque de ondas LabOceano COPPE/UFRJ

Flutuador de CFAD

Casca nervurada com paredes e=30mm

Estrutura tubular protendida

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Controle Ativo na Plataforma HTLP 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 Freqüência (Hz) D e s lo c a m e n to ( m )

Estrutural para Plataforma Flutuante Offshore para Águas Profundas

Plataforma HTLP _{Resposta em freqüência – deslocamento vertical}

Cabos de poliéster

Nova concepção Novos materiais Controle ativo

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TÓPICOS EXTRAS

Sustentabilidade: Influência das medidas de sustentabilidade na indústria de materiais e no projeto e construção de estrutura;

Nanotecnologia: Aplicação dos conhecimentos de nanotecnologia na descrição fisico-química e micromecanica dos materiais e na previsão das suas propriedades macromecânicas (resistência e

módulo elástico) e conseqüente efeitos no ciclo de vida de uma estrutura (durabilidade);

Avaliação do estado estrutural

e avaliação forense de falhas : Influência do nível de conhecimento técnico-científico

no exercício dessas atividades da engenharia;

Ensino da engenharia: Modernização do ensino médio e dos cursos de graduação

em engenharia estrutural; currículos interdisciplinares com formação técnico-científico, além da inclusão de cursos extras de humanidades, ética e línguas para aculturação individual dos jovens engenheiros. Incentivo ao