Otimização de vigas de concreto armadas com barras de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP) utilizando algoritmos genéticos
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Data de Publicação: | 2023 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/51412 |
Resumo: | O concreto armado é amplamente empregado na construção civil devido ao seu melhor custo- benefício. Entretanto, construções localizadas em ambientes de alta agressividade podem apresentar problemas de durabilidade, como a corrosão das armaduras, tornando onerosa a utilização do material. Diante dessa situação, o emprego de barras de polímero reforçado com fibras (Fiber-Reinforced Polymer – FRP), substituindo o aço, apresenta-se como uma alternativa interessante para uma melhoria no desempenho das estruturas, uma vez que apresentam uma alta resistência à corrosão. As barras de FRP apresentam ainda um menor peso específico e maior resistência à tração que o aço, entretanto características como menor módulo de elasticidade e maior custo são gargalos para sua disseminação no tradicional mercado da construção civil. Logo, é importante que além da correta consideração das características do material no dimensionamento, busque-se sempre a configuração mais econômica, justificando a utilização do material. Nesse sentido, o presente estudo tem como objetivo otimizar vigas de concreto armadas com barras de GFRP e aço, a fim de analisar o custo final para diferentes situações de projeto. Para tanto, será implementado um programa no software MATLAB utilizado o método dos Algoritmos Genéticos para a otimização do custo das vigas de concreto armadas com barras de GFRP (CA-GFRP) e concreto armado convencional (CA-C). As restrições são definidas a partir da NBR 6118 (ABNT, 2014) e ACI 440.1R (2015), respeitando as prescrições para o dimensionamento no Estado-Limite Último e Estado-Limite de Serviço, como também limitações arquitetônicas. Ao final, pode-se analisar a influência de diferentes parâmetros no custo final das vigas, suas dimensões e comportamento em serviço, variando os valores de comprimento, carregamento total, relação carga variável/carga total, e resistência característica do concreto. Após o processo de otimização, os resultados mostraram que as vigas de concreto armadas com barras de GFRP apresentaram custos superiores aos das vigas de concreto convencional. O comprimento longitudinal das vigas e o carregamento total das vigas contribuiu para o aumento da diferença de custo das duas soluções e apresentou também grande influência nos valores de altura ótima e largura ótima. Na composição de custo das vigas, a fôrma foi o material que representou maior parcela no custo final de ambos tipos de vigas, entretanto, com o aumento do comprimento longitudinal das vigas, o custo das barras de GFRP passaram a representar uma parcela mais significativa. O controle dos deslocamentos verticais e fissuração nas vigas CA-GFRP apresentaram grande influência nos custos ótimos, uma vez que as restrições tenderam a apresentar valores iguais a zero. Por fim, o estudo da utilização de armadura de GFRP mostrou-se importante, expandido o conhecimento e confiabilidade sobre a aplicação do material fabricado nacionalmente. |
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Diante dessa situação, o emprego de barras de polímero reforçado com fibras (Fiber-Reinforced Polymer – FRP), substituindo o aço, apresenta-se como uma alternativa interessante para uma melhoria no desempenho das estruturas, uma vez que apresentam uma alta resistência à corrosão. As barras de FRP apresentam ainda um menor peso específico e maior resistência à tração que o aço, entretanto características como menor módulo de elasticidade e maior custo são gargalos para sua disseminação no tradicional mercado da construção civil. Logo, é importante que além da correta consideração das características do material no dimensionamento, busque-se sempre a configuração mais econômica, justificando a utilização do material. Nesse sentido, o presente estudo tem como objetivo otimizar vigas de concreto armadas com barras de GFRP e aço, a fim de analisar o custo final para diferentes situações de projeto. Para tanto, será implementado um programa no software MATLAB utilizado o método dos Algoritmos Genéticos para a otimização do custo das vigas de concreto armadas com barras de GFRP (CA-GFRP) e concreto armado convencional (CA-C). As restrições são definidas a partir da NBR 6118 (ABNT, 2014) e ACI 440.1R (2015), respeitando as prescrições para o dimensionamento no Estado-Limite Último e Estado-Limite de Serviço, como também limitações arquitetônicas. Ao final, pode-se analisar a influência de diferentes parâmetros no custo final das vigas, suas dimensões e comportamento em serviço, variando os valores de comprimento, carregamento total, relação carga variável/carga total, e resistência característica do concreto. Após o processo de otimização, os resultados mostraram que as vigas de concreto armadas com barras de GFRP apresentaram custos superiores aos das vigas de concreto convencional. O comprimento longitudinal das vigas e o carregamento total das vigas contribuiu para o aumento da diferença de custo das duas soluções e apresentou também grande influência nos valores de altura ótima e largura ótima. Na composição de custo das vigas, a fôrma foi o material que representou maior parcela no custo final de ambos tipos de vigas, entretanto, com o aumento do comprimento longitudinal das vigas, o custo das barras de GFRP passaram a representar uma parcela mais significativa. O controle dos deslocamentos verticais e fissuração nas vigas CA-GFRP apresentaram grande influência nos custos ótimos, uma vez que as restrições tenderam a apresentar valores iguais a zero. Por fim, o estudo da utilização de armadura de GFRP mostrou-se importante, expandido o conhecimento e confiabilidade sobre a aplicação do material fabricado nacionalmente.FACEPEReinforced concrete is widely used in construction due to its better cost-effectiveness. However, constructions located in highly aggressive environments may have durability problems, such as reinforcement corrosion, making the use of the material costly. Faced with this situation, the use of fiber reinforced polymer (FRP) bars, replacing steel, is an interesting alternative for improving the performance of structures since they have high resistance to corrosion. GFRP bars also have a lower specific weight and greater tensile strength than steel, however characteristics such as a lower modulus of elasticity and higher cost are bottlenecks for their dissemination in the traditional civil construction market. Therefore, it is important that in addition to the correct consideration of the characteristics of the material in the dimensioning, the most economical configuration is always sought, justifying the use of the material. In this sense, the present study aims to optimize concrete beams reinforced with GFRP and steel bars, in order to analyze the final cost for different design situations. Therefore, a MATLAB software program will be implemented using the Genetic Algorithms method to optimize the cost of concrete beams reinforced with GFRP bars (CA-GFRP) and conventional reinforced concrete (CA-C). Constraints are defined from NBR 6118 (ABNT, 2014) and ACI 440.1R (2015), respecting the requirements for dimensioning in the Ultimate Limit State and Service Limit State, as well as architectural limitations. At the end, the influence of different parameters on the final cost of the beams, their dimensions and behavior in service can be analyzed, varying the values of span, total load, variable load/total load ratio, and characteristic strength of the concrete. After the optimization process, the results showed that concrete beams reinforced with GFRP bars had higher costs than conventional concrete beams. The longitudinal span of the beams and the total load of the beams contributed to the increase in the difference in cost of the two solutions and also had a great influence on the values of optimal height and optimal width. In the cost composition of the beams, the formwork was the material that represented the largest share in the final cost of both types of beams, however, with the increase in the longitudinal span of the beams, the cost of the GFRP bars started to represent a more significant share. The control of vertical displacements and cracking in the CA-GFRP beams had a great influence on the optimal costs, since the constraints tended to present values equal to zero. Finally, the study of the use of GFRP reinforcement proved to be important, expanding knowledge and reliability about the application of the nationally manufactured material.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia Civil e AmbientalUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessVigasConcreto armadoOtimização estruturalBarras (Engenharia)Otimização de vigas de concreto armadas com barras de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP) utilizando algoritmos genéticosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Edmilson Roque da Silva Júnior .pdfDISSERTAÇÃO Edmilson Roque da Silva Júnior .pdfapplication/pdf4728362https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/51412/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Edmilson%20Roque%20da%20Silva%20J%c3%banior%20.pdfd3d797f14cde226048307de347463445MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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