aula 01 - mec.experimental - introdução

29/03/2015

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PECC - Mecânica Experimental

Aula 01 Introdução à Mecânica Experimental

Universidade de Brasília: Programa de PósPrograma de Pós--graduação em Estruturas e Construção Civil graduação em Estruturas e Construção Civil -- PECCPECC

Professor Marcos Honorato


Objetivo da disciplina

Apresentar os fundamentos da análise experimental de estruturas de modo a facilitaro trabalho dos alunos que pretendem se dedicar a esta área de pesquisa ou forneceraos demais alunos uma visão geral do assunto.

Como boa parte dos alunos do curso de Mestrado em Estruturas da UnB desenvolvetese de cunho teórico-experimental, pretende-se apresentar nesta disciplina osfundamentos da análise experimental de estruturas de modo a facilitar o trabalhodaqueles que venham a se dedicar a esta área de pesquisa.

2Professor Marcos Honorato Aula 01

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Programa da disciplina

1. Introdução2 Pl nej mento de m p og m e pe iment l2. Planejamento de um programa experimental3. Análise dimensional e teoria da semelhança dos modelos físicos4. Instrumentação em ensaios de modelos estruturais5. Ensaios de caracterização dos materiais6. Ensaios estáticos de estruturas ou de elementos estruturais7. Erros na análise experimental de estruturas


8. Exemplo prático de estudo experimental9. Provas de carga e observação de estruturas em serviço10.Noções sumárias sobre vernizes frágeis e fotoelasticidade11.Introdução à análise experimental dinâmica de estruturas


Conceitos Importantes

Estrutura - parte de uma edificação, de uma máquina, de um veículo ou de um corpo qualquer, cuja função é

receber e transmitir esforços.

Análise estrutural - estudada em diversas disciplinas nas variadas ênfases dos cursos de engenharia: civil,

mecânica, aeronáutica, elétrica, oceânica, etc.

Análise teórica clássica - usa modelos matemáticos: Resistência dos Materiais, Teoria da Elasticidade, Teoria

das Estruturas, Teoria da Estabilidade Elástica e Inelástica, Teoria da Plasticidade, Teoria das Placas e Cascas, Teoriadas Charneiras Plásticas, Modelos de Comportamento Reológico, etc.Análise estática ou dinâmica, elástica ou plástica, linear ou não-linear, determinística ou aleatória, sem consideraçãoou com consideração de efeitos térmicos e reológicos, etc.


ç g ,

Análise teórica numérica - usa recursos computacionais, em contínua e rápida evolução: métodos das

diferenças finitas, dos elementos finitos, dos elementos de contorno, método dos elementos discretos, etc.

Análise experimental - usa modelos físicos em tamanho natural ou em escala reduzida ou ampliada, sistemas

especiais de carregamento, instrumentos para medição de parâmetros representativos da resposta da estrutura aocarregamento aplicado, etc.

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Análise Teórica x Análise Experimental

A análise teórica e a análise experimental não devem ser vistas como excludentes ouconcorrentes, mas como disciplinas que se completam mutuamente. A combinação sadia dessasdisciplinas favorece o desenvolvimento científico e tecnológico.

Para ilustrar a importância da análise experimental, citemos trecho de um artigo escrito em 1964pelo Prof. Fernando Lobo Carneiro, após um estágio em Florença, “Galileo, Fundador da Resistência dosMateriais”, publicado em 1965 em Paris pela revista da RILEM, e também pela Real Academia de CiênciasExatas, Físicas e Naturais da Espanha (1), no qual era assim definido o método de pesquisa científica:

“Pode-se dizer, sem temer exagerar, que Galileo foi o fundador do método experimental,fundamento da ciência moderna. Seu método de investigação científica consiste numa justacombinação da experiência com a matemática, instrumento de lógica dedutiva. Partindo de


alguns fatos experimentais, constrói-se uma primeira hipótese ou teoria para interpretá-los. Destateoria tiram-se certas conclusões por via dedutiva; em seguida submete-se a validade dessasconclusões à experiência, à qual corresponde sempre a última palavra. A hipótese é substituídaou aperfeiçoada se os ensaios não a confirmam. O critério da verdade é sempre, em últimaanálise, a experiência”.


Hierarquia do Conhecimento Científico


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Análise Teórica - Modelo Teórico Análise Experimental - Modelo Físico

• Erros devidos a: • Teoria da Semelhança dos Modelos Físicos


- Imperfeições no modelo teórico

- Hipóteses simplificadoras

- Condições de contorno

- Definição do carregamento

- Imprecisão nos cálculos

• Erros sistemáticos e erros acidentaisdevidos a:- Imperfeições no modelo físico- Propriedades dos materiais- Condições de contorno- Condições ambientais- Aplicação do carregamento

é d


- Propriedades assumidas para os materiais - Técnica de ensaio- Instrumentos de medição- Operadores dos instrumentos- Técnica de aquisição de dados- Interpretação dos resultados


Análise Teórica - Modelo Teórico Análise Experimental - Modelo Físico

• Vantagens

F ili d é i

• Vantagens

M l b l d é


- Facilita estudos paramétricos

- Custo geralmente menor

- Execução mais rápida

- Fornece previsões para estudos experimentais

- Mostra o comportamento global da estrutura até o colapso

- Aplica-se a estruturas ou solicitações complexas

- Fornece subsídios para modelos teóricos

D t D t


• Desvantagens

- Análise não-linear até o colapso é difícil

- Modelagem de estruturas complexas é trabalhosa

• Desvantagens

- Custo elevado

- Execução demorada

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Desenvolvimento Científico e Tecnológico – Ciência e Carreira AcadêmicaMonitoramento Modelos Locais – Mecânica Experimental




d

proporcional a

fissura críticaadotado

r0

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Propagação da Fissura Crítica de Cisalhamento –Adaptado de Ruiz e Muttoni


1,

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, , ,R cs R c R sV V V

3 2

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1,5 ys fs E

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Punching resistance of internal slab-column connections with double-headed shear studsM. H. Oliveira; M. P. Ferreira; D. R. C. Oliveira ; G. S. S. A. Melo ( Link )

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Análise Teórica x Análise ExperimentalAnálise experimental e numérica de lajes cogumelo de concreto armadoA. F. Lima Neto; M. P. Ferreira; D. R. C. Oliveira ; G. S. S. A. Melo ( Link )



Aplicações da análise teórico-experimental de estruturas com finalidades diversas,como:

•Estudo de estruturas cuja análise puramente teórica é dificultada pela forma incomum, pelascaracterísticas dos materiais constituintes ou por outro motivo.

•Calibração ou verificação de modelos teóricos através de resultados experimentais.

•Desenvolvimento de novas concepções de cálculo, de novas formas estruturais ou dautilização de novos materiais.

•Dimensionamento, substituindo parte do cálculo.

l d d é d d ( á d â )


•Controle da segurança das estruturas através de ensaios de carga (estáticos ou dinâmicos) ouda observação do comportamento de obras em serviço.

•Importância da análise experimental para fins didáticos.

Existem atualmente programas e equipamentos para aquisição e processamento de dadosde ensaio incorporando bases teóricas.

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Principais grandezas envolvidas na análise experimental de estruturas

Dimensões lineares e angulares, solicitações atuantes (estáticas ou dinâmicas,peso próprio, variações térmicas, recalques de apoio), esforços internos,p p p , ç , q p ), ç ,tensões, deformações e deslocamentos, propriedades mecânicas dosmateriais, inclusive propriedades reológicas e de fadiga, resposta dinâmica(frequências e períodos naturais de vibração, coeficientes de amortecimento,acelerações e velocidades), índice de esbeltez, carga crítica de flambagem,abertura e espaçamento de fissuras, carregamento em serviço e carregamentoúltimo, etc.



Sistema de ensaio para Lajes Lisas Protendidas e Sistema Bubbluedeck


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Equipe de trabalhoEm virtude da variedade de campos de conhecimento

envolvidos em certos estudos teórico-experimentais, bem como dasdificuldades específicas de fabricação e instrumentação dos modelos e da

t li ã d i l t b d t d d d - 24

60

DET. A

140

DET. AØ 16.0

Ø 12.5 265

28

25 Ø 16,0 - 2460

c/95

c/105 c/105

montagem e realização de ensaios com coleta abundante de dados, otrabalho é feito normalmente em equipe.Cada membro da equipe atuará mais efetivamente se abranger uma gamade conhecimentos teóricos e práticos bastante extensa, procurandoconhecer as relações que possam existir entre os diversos assuntos.

28 Ø

16,

0 -

143

Ø 12.5

Ø 16.0

265

265

128

DET. B

265

1

DET. B

c/95

2500

2500



Formação do pesquisadorUm pesquisador não “nasce feito”. Ele deve ser orientado,

i d i i d i lid d l h

Imperial College – UK (2014) COPPE - Laboratório de Ensaios Não Destrutivos de Corrosão e Soldagem - UFRJ


treinado, incentivado, para que sua potencialidade latente venhaà tona. Porém, nenhum livro e nenhuma outra forma decomunicação de conhecimentos substitui a experiência pessoal, avivência dos problemas. Apenas alguns conceitos básicos ealgumas lições aprendidas ao longo de muitos anos de atividadepodem ser transmitidos por aqueles meios.

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