Software Educacional Livre para Análise Não-Linear e Dimensionamento de Pórtico Plano em Estruturas Metálicas

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1 Software Educacional Livre para Análise Não-Linear e Dimensionamento de Pórtico Plano em Estruturas Metálicas Autor : Paulo Cavalcante Ormonde Orientador: Alex Sander Clemente de Souza São Paulo, 14 de agosto de 2012

2 Sumário Introdução Objetivos e histórico do programa Softwares educacionais na engenharia civil Desenvolvimento do programa Considerações finais

3 Introdução Constante avanço tecnológico de computadores e softwares de projeto Frequente atualização das Normas Realidade nos escritórios de engenharia Como é possível no ensino? Teoria + Uso de softwares para fins educacionais + Desenvolvimento e pesquisa

4 Objetivos e histórico do programa Ferramenta computacional de software livre para fins educacionais e profissionais que automatize de forma integrada a análise e o dimensionamento de pórticos planos em estruturas metálicas. Trame 4.0 Ensino e pesquisa Trame Desenvolvimento continuado Disponível e documentado

5 Objetivos e histórico do programa Trame 3.0 Fonte: Autor - 09/05/2012. O TRAME é um software proprietário, criado por Ormond (2004), utilizado na análise de treliças planas para projeto de treliças pré-fabricadas de madeira.

6 Características Principais do Trame 3.0 Objetivos e histórico do programa Importar arquivos DXF e definir graficamente o esquema estático e os carregamentos Definir propriedades mecânicas dos materiais e seção das barras Processar a análise estática linear Representar graficamente esforços deslocamentos e deformações

7 Objetivos e histórico do programa Trame 3.0: Software gratuito Trame 4.0: Software Livre Software Educacional Livre Quatro liberdades fundamentais com base no estudo de Falcão et al (2005) que definem um software livre são: 1. Executar o programa para qualquer propósito 2. Estudar e adaptar 3. Redistribuir cópias 4. Aperfeiçoar e distribuir aperfeiçoamentos

8 Objetivos e histórico do programa Características Principais do Trame 4.0 Interface gráfica e interativa Pós e pré-processamento integrados Classificação da estrutura quanto à deslocabilidade segundo o método simplificado (B1 e B2) da NBR 8800:2008 Análise não-linear geométrica (processo P- ) Fonte: Autor - 09/05/2012 Dimensionamento de perfis laminados segundo critérios da NBR 8800:2008

9 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares Educacionais (Vieira, 2007) Não descartar ou restringir a intervenção do professor Permitir ao aluno propor e testar hipóteses Integração de disciplinas Boa qualidade, clareza e integração com outros programas Qualidade de documentação (professor/aluno)

10 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares Educacionais (Azevedo, 2000) Cursos não podem se limitar a mero treino de usuários de programas nem a uma abordagem totalmente teórica Dividir alunos com interesse na programação, utilizando softwares de código-fonte aberto.

11 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares Educacionais (Veríssimo e Paes, 2000) Softwares isolados também permitem a análise do encadeamento das etapas de projeto. Os alunos apresentam maior interesse, motivação e uma visão mais crítica do uso de ferramentas computacionais e da importância do engenheiro.

12 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares Educacionais (Martha, 2010) A simulação computacional do comportamento de estruturas permitiu uma nova abordagem no ensino na análise de estruturas.

13 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares Educacionais (Chamberlain Praiva e kripka, 2011) Alertam para o uso inadequado de softwares e os cuidados necessários para avaliação de ferramentas computacionais educacionais.

14 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares Educacionais (Gama; Scheer; santos, 2008) Trabalham com o conceito de objetos educacionais (APPLETS) e repositórios destes objetos na internet. O uso de softwares de baixa qualidade pode comprometer a aprendizagem. O desenvolvimento destes softwares ou objetos educacionais é um trabalho de pessoas de livre pensamento.

15 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software Ftool - web.tecgraf.puc-rio.br/ftool/

16 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software Anest -

17 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software VisualBarras -

18 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software Insane -

19 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software AutoMetal -

20 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software e-cross - web.tecgraf.puc-rio.br/etools/cross

21 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software AcadFrame -

22 Softwares educacionais na engenharia civil Softwares educacionais para análise de estruturas Tela do software Mastan2 -

23 Softwares educacionais na engenharia civil Tabela 1 - Relação dos softwares para fins educacionais Software Classificação da estrutura em termos de deslocabilidade Análise de 2ª ordem Código-fonte disponível Recursos de entrada gráfica da geometria (comandos de desenho e edição de barras) Dimensiona-mento de barras Documen- tação Ano da última atualização do programa e-cross Não Não Não sim Não Sim 2000 AutoMetal 4.1 Não Não Não Não Sim Sim 2003 e-frame Não Não Não sim Não Não 2005 e-truss Não Não Não sim Não Não Trame 3.0 Não Não Não Não Não Sim 2005 Anest 4.4 Não Não Não Não Não Sim 2006 Insane 1.1 Não Não Não Sim Não Sim 2006 AcadFrame Beta Não Sim Não Sim Não Sim 2006 Ftool Não Não Não Sim Não Sim 2008 Visual Barras 1.6 Não Não Não Não Não Sim 2008 Mastan Não Sim Não Não Não Sim 2010

24 Desenvolvimento do programa Conclusão das etapas de desenvolvimento Etapa Porcentagem concluída Módulo de pré-processamento 80% Módulo de processamento 50% Módulo pós-processamento 50% Avaliação dos resultados 30% Estratégias de divulgação, documentação e manutenção. 20%

25 Desenvolvimento do programa Trame 4.0 Linguagem de desenvolvimento Object-Pascal Disponível para windows e Linux

26 Desenvolvimento do programa Trame 4.0 Linguagem de desenvolvimento Módulo de análise na plataforma Linux Ubuntu

27 Figura 3 Interface gráfica do software Trame 4.0 Desenvolvimento do programa Fonte: Autor - 09/05/2012

28 Desenvolvimento do programa Comandos de desenho e edição de barras (CAD); Comandos para definição de restrições de deslocamentos (apoios); Comandos para definição do material e seção transversal das barras; Comando para atribuição de articulações nas extremidades das barras; Comandos de definição de cargas e casos de carregamento; Comando para análise da estrutura e dimensionamento; Comandos para exibição de resultados.

29 Recurso de Ponto Chave Desenvolvimento do programa Métodos de entrada de pontos Coordenada Absolutas Coordenadas Relativas Retangulares Coordenadas Relativas Polares Formato de entrada X, Y (valores de x e y em relação à origem do X, Y (valores de x e y em relação ao último distância < ângulo (valores de distância e ângulo em relação ao último ponto)

30 Seleção da camada ativa Campos para descrição das camadas Desenvolvimento do programa Camadas de desenho ou barras Ligar / Desligar Camadas Travar / Destravar Camadas Desligar todas as camadas menos a ativa Ligar todas as camadas Destravar todos as camadas Travar todos as camadas

31 Casos de carregamento Desenvolvimento do programa

32 Desenvolvimento do programa Gerenciadores de cargas distribuídas e concentradas

33 Desenvolvimento do programa Gerenciador de combinações de carregamentos

34 Desenvolvimento do programa Gerenciador de materiais

35 Desenvolvimento do programa Gerenciador de perfis

36 Desenvolvimento do programa Representação gráfica dos resultados

37 Desenvolvimento do programa Etapas de Processamento 1 Análise elástica em Teoria de Primeira Ordem 2 3 Efeito P-Δ com base no Método de Carga de Gravidade Interativa Processo aproximado da NBR8800: 2008, conhecido como Método da Amplificação de Esforços (B1 e B2) 4 Cálculo coeficiente Gama-z (γ z ) 5 Dimensionamento de perfis metálicos segundo a NBR 8800: 2008

38 Desenvolvimento do programa Parâmetro de Carga αpcr 1ª ordem elástica-linear (Carga elástica crítica) 2ª ordem elástica α Pp α Pu (Carga limite plástica) 1ª ordem inelástica 2ª ordem inelástica αh αp αq αp Δ α Pe Comportamento real Deslocamento lateral Diagrama carga-deslocamento dos tipos de análise.

39 Desenvolvimento do programa Cargas de gravidade aplicadas sobre a estrutura deformada. Fonte: (Smith e Gaiotti, 1988).

40 Desenvolvimento do programa Classificação das estruturas metálicas de pórticos planos, quanto a deslocabilidade, baseada no Método da amplificação de esforços (B1 e B2) da NBR8800:2008 e determinação de esforços solicitantes M N Sd Sd Deslocabilidade B M N 1 nt nt B 2 B N 2 lt M lt Pequena B2 1,1 Média 1,1 < B2 1,4 Grande B2 > 1,4 Análise de 1ª de ordem com limitações de resistência Análise não-linear geométrica e a física aproximadas (80% de EI e EA) Análise P-δ dispensa B1. Análise de 2ª de ordem rigorosa (física e geométrica)

41 Desenvolvimento do programa Classificação das estruturas metálicas de pórticos planos, quanto a deslocabilidade, baseada no coeficiente Gama-Z da NBR6118:2003 e determinação de esforços solicitantes Classificação Indeslocavel γ z 1,1 Deslocavel 1,1 < γ z 1,3 Deslocavel γ z > 1,3 Análise de 1ª de ordem Análise não-linear geométrica e a física aproximada Majorar ações por 0,95γ z Análise de 2ª de ordem rigorosa (física e geométrica)

42 Validação dos resultados Desenvolvimento do programa Comparar com os resultados obtidos nos softwares educacionais gratuitos AcadFrame, Ftool e MASTAN2. Lista de modelos com base nas referências bibliográficas com estreita relação com recursos implementados no software.

43 Desenvolvimento do programa Estratégias de divulgação, documentação e manutenção do programa Criação de um site ou blog específico para o programa e de um fórum virtual para informações sobre atualizações, projetos em desenvolvimento, colaboração entre usuários, dúvidas, reportagem de falhas, etc; Referenciar e inserir o programa em repositórios de objetos educacionais, bancos de softwares e páginas relacionados ao tema.

44 Desenvolvimento do programa Estratégias de divulgação, documentação e manutenção do programa Manuais de uso; Manual técnico das bases teóricas de análise e dimensionamento empregadas pelo programa; Tutoriais em texto e vídeo publicados na internet com exemplos resolvidos passo a passo.

45 Considerações finais Página do programa Trame 4.0 na internet Fonte: /05/2012