EE – PPG - Programas de Pós-Graduação
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- ItemAnálise da interação solo-estrutura das estacas do cais público do Porto Novo do Porto do Rio Grande através do método dos elementos finitos(2020) Nunes, Matheus de Lima; Real, Mauro de Vasconcellos; Fagundes, Diego de FreitasEstruturas portuárias são normalmente de grande porte e estão submetidas a carregamentos de grande intensidade, como por exemplo os esforços causados por um guindaste portuário e de outros equipamentos utilizados durante uma operação portuária, ou então, os esforços de amarração dos navios. Portanto, para uma análise meticulosa dos esforços das estruturas portuárias com intuito de otimizar os projetos, torna-se essencial o uso de ferramentas computacionais e métodos numéricos avançados, como por exemplo, o Método dos Elementos Finitos. De acordo com a sistemática convencional de projeto estrutural, onde este é executado admitindo-se que os apoios da estrutura sejam indeslocáveis, com o cálculo das cargas nos elementos de fundação e o dimensionamento dos elementos estruturais sendo realizados com essa premissa. Com relação aos projetos de fundações, são desenvolvidos considerando-se os esforços obtidos a partir do projeto estrutural e as características do terreno no qual será construído. O Porto Novo do Porto do Rio Grande movimenta milhões de toneladas de materiais ao ano, se colocando como um dos principais portos do Brasil. Sua estrutura passou por duas etapas de modernização possibilitando a utilização de equipamentos portuários maiores e mais eficientes, operação com navios de maior capacidade de carga e maior quantidade de berços de atracação disponíveis para operação simultânea. Deste modo, este trabalho tem como objetivo geral deste trabalho será realizar uma análise de interação solo-estrutura utilizando como modelo estrutural a segunda etapa de modernização do Cais Público do Porto Novo do Porto do Rio Grande, simulando as diferentes combinações de ações que atuam durante uma operação portuária, salientando a combinação que gera a condição mais desfavorável para as estacas do cais. A partir dos resultados das combinações de carregamentos foram escolhidas as 10 piores situações de carregamentos para o cais e realizou-se a comparação entre os modelos de cálculo convencional e de interação solo-estrutura. As cinco primeiras piores situações de esforços ocorrem devido a utilização da sobrecarga vertical como carga variável principal. Já as cinco últimas piores situações de esforços são devido a utilização do carregamento do guindaste portuário, principal equipamento de movimentação do cais. Os resultados do modelo de interação solo-estrutura apresentaram uma redução dos valores de esforços axiais das estacas em relação ao modelo convencional de cálculo, em média a porcentagem da redução considerando diferenças de todas as 10 piores situações é igual a 2,19%.
- ItemEstudo numérico aplicado à melhoria do comportamento mecânico de placas finas de aço com enrijecedores submetidas à flexão(2017) Ramos, Alexandro Pereira; Isoldi, Liércio André; Real, Mauro de VasconcellosPlacas finas de aço são elementos estruturais amplamente empregados em engenharia e especialmente em estruturas navais e offshore. Isso se deve ao fato de que estes componentes são capazes de resistir mecanicamente aos esforços que são submetidos possuindo um peso relativamente baixo. O estudo das placas finas de aço sob flexão sempre foi um problema complexo. A quantidade de variáveis que são consideradas na resolução de problemas de engenharia envolvendo placas retangulares excede o número de equações disponíveis para a solução analítica, impossibilitando a obtenção de resultados exatos. Nesse contexto, o presente trabalho analisou numericamente o comportamento mecânico de uma placa fina de aço, quadrada, sob flexão, simplesmente apoiada nos quatro lados, inicialmente sem enrijecedores, sendo seus valores máximos de deslocamento transversal e de tensão de von Mises usados como referência. Na sequência, empregou-se o parâmetro de fração de volume dos enrijecedores (φ), que representa a relação entre o volume de enrijecedores e o volume total do componente estrutural placa/enrijecedores. Então, foi adotado φ = 0,50 e a placa de referência (sem enrijecedores) teve o material referente à metade de sua espessura transformado em enrijecedores, sendo preservadas as medidas de comprimento e largura da placa de referência. Dessa forma, o volume de aço usado na placa sem enrijecedores foi o mesmo utilizado na placa de referência, o que permitiu avaliar a influência do número, disposição e dimensões dos enrijecedores no comportamento mecânico da placa submetida à flexão. Então, tendo como objetivo, minimizar o máximo deslocamento transversal da placa e minimizar a máxima tensão na placa, diferentes configurações de enrijecedores longitudinais e transversais, foram comparadas entre si e com a placa de referência, visando determinar qual configuração geométrica, dentre as avaliadas, conduz ao melhor comportamento mecânico. Para tanto, o grau de liberdade he/te, que relaciona a altura do enrijecedor (he) e sua espessura (te) foi considerado, além disso um modelo computacional baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), desenvolvido no software ANSYS, foi utilizado. Os resultados obtidos indicaram que é possível melhorar o desempenho mecânico, em até 600% quando a melhor configuração geométrica é comparada com a pior.
- ItemEstudo numérico aplicado à melhoria do comportamento mecânico de placas finas de aço com enrijecedores submetidas à flexão(2017) Ramos, Alexandro Pereira; Isoldi, Liércio André; Real, Mauro de VasconcellosPlacas finas de aço são elementos estruturais amplamente empregados em engenharia e especialmente em estruturas navais e offshore. Isso se deve ao fato de que estes componentes são capazes de resistir mecanicamente aos esforços que são submetidos possuindo um peso relativamente baixo. O estudo das placas finas de aço sob flexão sempre foi um problema complexo. A quantidade de variáveis que são consideradas na resolução de problemas de engenharia envolvendo placas retangulares excede o número de equações disponíveis para a solução analítica, impossibilitando a obtenção de resultados exatos. Nesse contexto, o presente trabalho analisou numericamente o comportamento mecânico de uma placa fina de aço, quadrada, sob flexão, simplesmente apoiada nos quatro lados, inicialmente sem enrijecedores, sendo seus valores máximos de deslocamento transversal e de tensão de von Mises usados como referência. Na sequência, empregou-se o parâmetro de fração de volume dos enrijecedores (φ), que representa a relação entre o volume de enrijecedores e o volume total do componente estrutural placa/enrijecedores. Então, foi adotado φ = 0,50 e a placa de referência (sem enrijecedores) teve o material referente à metade de sua espessura transformado em enrijecedores, sendo preservadas as medidas de comprimento e largura da placa de referência. Dessa forma, o volume de aço usado na placa sem enrijecedores foi o mesmo utilizado na placa de referência, o que permitiu avaliar a influência do número, disposição e dimensões dos enrijecedores no comportamento mecânico da placa submetida à flexão. Então, tendo como objetivo, minimizar o máximo deslocamento transversal da placa e minimizar a máxima tensão na placa, diferentes configurações de enrijecedores longitudinais e transversais, foram comparadas entre si e com a placa de referência, visando determinar qual configuração geométrica, dentre as avaliadas, conduz ao melhor comportamento mecânico. Para tanto, o grau de liberdade he/te, que relaciona a altura do enrijecedor (he) e sua espessura (te) foi considerado, além disso um modelo computacional baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), desenvolvido no software ANSYS, foi utilizado. Os resultados obtidos indicaram que é possível melhorar o desempenho mecânico, em até 600% quando a melhor configuração geométrica é comparada com a pior.
- ItemAnálise probabilística dos esforços nas fundações de um cais de contêineres(2016) Ramos, André Pereira; Real, Mauro de VasconcellosDiversos fatores contribuíram para que as estruturas portuárias adquirissem uma elevada importância no bem-estar social e econômico dos países, fazendo com que o contínuo estudo e aprimoramento das técnicas de projeto e construção dessas estruturas seja um tema muito relevante dentro da engenharia. Destaca-se nesse contexto a teoria da confiabilidade estrutural, a qual visa assegurar que as estruturas irão desempenhar suas finalidades dentro das condições necessárias de segurança e funcionalidade. Em face a isso, no presente trabalho é apresentada uma análise estrutural probabilística de um cais de contêineres de paramento aberto, tendo como objetivo a obtenção dos parâmetros estatísticos e distribuições de probabilidade dos esforços nas fundações da referida estrutura, fornecendo assim subsídios para futuras análises de confiabilidade estrutural. Também foram efetuadas comparações entre os resultados obtidos para as 52 combinações de carregamentos analisadas, verificando-se aquelas que conduzem aos esforços axiais máximos e mínimos nas estacas da estrutura. Para execução das análises probabilísticas aplicou-se o método de simulações de Monte Carlo combinado a um modelo estrutural em elementos finitos, sendo as variáveis de entrada nas simulações os parâmetros referentes aos carregamentos externos atuantes na estrutura, e as variáveis de saída os esforços internos no topo das estacas. Sendo os esforços axiais governantes no dimensionamento das fundações de cais portuários de paramento aberto, tais esforços foram as principais saídas das análises probabilísticas, tendo sido considerados também os momentos e forças cortantes no topo das estacas mais carregadas axialmente. Tanto o modelo em elementos finitos como as simulações de Monte Carlo foram realizados no software ANSYS, em suas interfaces Mechanical APDL e Probabilistic Design System, respectivamente, enquanto que o tratamento dos dados obtidos nas análises foi executado no software Matlab. Além da obtenção dos parâmetros estatísticos e distribuições de probabilidade dos esforços axiais máximos e mínimos no topo das estacas e dos momentos e esforços cortantes associados a esses, verificou-se que combinações de carregamentos com ventos extremos atuando sobre duas embarcações amarradas ao mesmo módulo estrutural conduzem tanto às compressões quanto às trações mais intensas nas fundações da estrutura. Verificou-se também que os valores médios mais intensos se referem às distribuições das máximas compressões, enquanto que as maiores variabilidades são verificadas para as distribuições das máximas trações.
- ItemAnálise dos esforços em estacas de um cais de contêineres de paramento aberto(2015) Viegas, Carlos Henrique Hernandorena; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de LimaO transporte marítimo e fluvial e seus portos sempre desempenharam e continuam a desempenhar um papel fundamental na relação entre os povos e no desenvolvimento da economia mundial. O Brasil, com 8,5 mil km de costas, tem 95% do seu comércio exterior utilizando o transporte marítimo, com uma movimentação de 700 milhões de toneladas de mercadorias por ano.. E, isso, com uma importante parte com o uso dos contêineres, que trabalham dentro de um sistema unitizado e otimizado de cargas. Desta forma, navios e portos têm sido adaptados em suas estruturas físicas e mecânicas para tornar cada vez mais eficiente o uso desse sistema. Assim, as estruturas de acostagem dos portos necessitam cada vez mais de instrumentos de análise que permitam, não apenas realizar o dimensionamento de suas estruturas, mas, principalmente, compreender o comportamento dos esforços a que estão submetidas. O objetivo deste trabalho foi, portanto, determinar o comportamento das fundações em estacas em um cais de contêineres de paramento aberto constituído por uma laje apoiada sobre estacas, levando em conta diferentes combinações de ações, destacando aquelas que conduzem às situações mais desfavoráveis. Para tanto, foi utilizado o método dos elementos finitos e o software ANSYS. Para o estudo de caso foi adotado um modelo extraído e adaptado a partir de um dos módulos da ampliação do cais do TECON-RS, localizado no porto de Rio Grande. Para as ações foram consideradas, além das triviais, tais como peso próprio e sobrecargas de serviço, aquelas devidas aos equipamentos específicos utilizados nesse cais e aquelas decorrentes de fatores ambientais, tais como vento e correntes. Destas ações resultaram 227 combinações de esforços dentre as quais foram selecionadas as 12 mais importantes consideradas principais. Os resultados obtidos permitiram determinar a variação dos esforços nas estacas em função das diferentes combinações, demonstrando a importância das estacas inclinadas na absorção dos esforços transversais decorrentes das ações do vento e das correntes, bem como do movimentos dos navios, quer através das amarras como também das defensas. Outro aspecto considerado importante foi a constatação da desatualização das normas brasileiras sobre o assunto e, mesmo, a pouca literatura técnico-científica sobre o tema.