Otimização topológica para modelos de bielas e tirantes em estruturas de concreto armado - Borges, Julian Alves (2022)
O método de bielas e tirantes é uma ferramenta muito útil para dimensionar e analisar regiões descontínuas em estruturas de concreto armado. Com essa ferramenta, é possível descrever, de forma simplificada, o caminho percorrido pelas cargas externas até os suportes da estrutura e, dessa forma, propor apropriadamente um modelo treliçado contendo bielas de concreto comprimido e tirantes de aço tracionado. Por outro lado, a otimização topológica passou a ser utilizada para facilitar a idealização desses modelos treliçados, uma vez que a estrutura final decorrente de sua otimização se assemelha ao modelo treliçado obtido por meio do método de bielas e tirantes. No entanto, algumas publicações utilizam da otimização topológica apenas para determinar o caminho da carga, sem considerar o material concreto armado como um compósito (concreto e aço). Dessa forma, neste trabalho é utilizada a otimização topológica para gerar estruturas otimizadas contendo elementos finitos de concreto e de aço otimizados. Para isso, é necessário otimizar as estruturas em duas fases e com dois critérios de falha destintos, sendo: o critério de Ottosen para representar o material concreto na primeira fase e o critério de von Mises para representar o material o aço na segunda fase. Além disso, são comparadas estruturas projetadas a partir da otimização topológica com estruturas oriundas do método tradicional de bielas e tirantes, segundo normas como a Eurocode 2:2004 e o ACI 318:2002. São analisadas, neste trabalho, vigas altas com e sem aberturas e de dimensões distintas. Por fim, observa-se que as estruturas otimizadas são mais leves do que as estruturas projetadas pelo método tradicional, além de seguras e econômicas, em termos de matéria prima. A metodologia proposta permite a redução do material utilizado e, portanto, auxilia na sustentabilidade e na redução das emissões de poluentes atmosféricos.