Otimização multiobjetivo no projeto de lajes mistas de aço e concreto

Página do item simplificado
dc.contributor.advisor-co1Alves, Élcio Cassimiro
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-6971-2645
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6509450210637509
dc.contributor.advisor1Calenzani, Adenilcia Fernanda Grobério
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-0936-9950
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9959808218883879
dc.contributor.authorSilva, Isabela Oliveira Maia da
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0003-0976-9510
dc.contributor.authorLattes http://lattes.cnpq.br/2866501864088026
dc.contributor.referee1Dias, João Victor Fragoso
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1455-1519
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0090215976146284
dc.contributor.referee2Kripka, Moacir
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-1997-3414
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7554233520986997
dc.date.accessioned2025-11-11T15:06:22Z
dc.date.available2025-11-11T15:06:22Z
dc.date.issued2025-08-14
dc.description.abstractThe composite steel and concrete slabs have been used as a more economical and sustainable structural alternative since they offer advantages that outweigh other structural systems. Dispensing with formwork and shoring, high construction speed, and reduction in concrete and tensile reinforcement consumption are advantageous features of composite slabs. In this context, the aim of this study is to present the formulation of a multi-objective problem for composite slabs, considering the minimization of CO₂ emissions and final costs, as well as the maximization of load capacity. The design constraints followed the prescriptions of Brazilian standards for both construction and service phases. For the initial phase (before concrete curing), the design consists of verifying the steel formwork supporting the applied loads alone, using the Effective Width Method (EWM) as prescribed by ABNT 14762:2010. For the service phase (after concrete curing), the design was based on ABNT NBR 8800:2024, considering the composite steel system resisting the slab loads. To solve the optimization problem, the MOPSO (Multi-Objective Particle Swarm Optimization) algorithm was used to generate and analyze results through Pareto Fronts. For program validation, a verification of the cataloged slabs was conducted, maintaining their geometric and material properties, and investigating the possibility of loads exceeding those specified in the manufacturer's tables. Solutions were presented that are capable of supporting up to 1.54 times the load indicated by the manufacturer. The formulation was validated using problems from the literature, and an analysis of manufacturer-proposed solutions for different spans was conducted. Additionally, an equation was proposed to relate CO₂ emissions to cost. The results indicate that MOPSO was efficient in finding optimal solutions, yielding results very close to those in the literature using single objective formulations. With the proposed formulation, solutions were achieved with up to 2.4 times the design load proposed in catalogs, and up to 35% lower CO₂ emissions and 30% lower cost due to additional reinforcement. Moreover, solutions were obtained for spans exceeding the maximum limits provided by manufacturers by using concrete with compressive strength greater than 30 MPa. According to the results, the problem constraints are: verification of the steel formwork for bending moments before concrete curing, and verification of the composite section for longitudinal shear after curing
dc.description.resumoAs lajes mistas de aço e concreto têm sido utilizadas como uma alternativa estrutural mais econômica e sustentável uma vez que possuem vantagens que sobrepõem a outros sistemas estruturais. Dispensa de escoramentos e formas, alta velocidade de construção e redução do consumo de concreto e de armadura de tração são itens vantajosos das lajes mistas. Nesse contexto, este estudo tem como objetivo apresentar a formulação de um problema multiobjetivo para lajes mistas, considerando a minimização das emissões de CO2 e dos custos finais, bem como a maximização da capacidade de carga. As restrições de projeto consideradas seguiram as prescrições das normas brasileiras para as fases de construção e de serviço. Para a fase inicial (antes da cura do concreto) o dimensionamento resume-se à verificação da forma de aço suportando isoladamente os carregamentos atuantes, utilizando o Método da Largura Efetiva (MLE) preconizado pela ABNT 14762:2010. Para a fase de utilização (depois da cura do concreto), o dimensionamento foi definido a partir da ABNT NBR 8800:2024 considerando o sistema misto de aço resistente aos carregamentos na laje. Para resolver o problema de otimização foi utilizado o algoritmo MOPSO (Multiobjective Particle Swarm Optimization) para gerar e analisar os resultados a partir das fronteiras de Pareto. Para validação do programa, foi feita uma verificação das lajes catalogadas mantendo as características geométricas e de material e investigando a possibilidade de cargas superiores àquelas apresentadas nas tabelas do fabricante, apresentando soluções capazes de suportar até 1,54 vezes o carregamento indicado pelo fabricante. Em seguida, a formulação do MOPSO foi validada com base em um problema da literatura e foi feita uma análise de soluções propostas por fabricante de forma de aço para diferentes vãos. Além disso, foi proposta uma equação que relaciona as emissões de CO2 com o custo. Os resultados indicam que o MOPSO foi eficiente na busca por soluções ótimas, apresentando resultados muito próximos aos da literatura em que se usou formulação monoobjetivo. Com a formulação proposta, foram obtidas soluções capazes de suportar até 2,4 vezes a carga sobreposta indicada no catálogo do fabricante, com redução de até 35% nas emissões de CO₂ e 30% no custo, devido ao uso de armaduras adicionais. Além disso, foram obtidas soluções para vãos superiores ao limite máximo fornecido pelos fabricantes utilizando concretos com resistência à compressão superior a 30 MPa. Segundo os resultados, as restrições que governaram o problema foram: a verificação da forma de aço quanto aos momentos fletores antes da cura do concreto e a verificação da seção mista quanto ao cisalhamento longitudinal.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20601
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Civil
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectOtimização multiobjetivo
dc.subjectLajes mistas de aço e concreto
dc.subjectFormas de aço
dc.subjectEmissão de CO2.
dc.subjectCusto
dc.subjectCapacidade de carga
dc.subjectComposite steel and concrete slabs
dc.subjectSteel forms
dc.subjectMultiobjective optimization
dc.subjectCO2 emissions
dc.subjectCosts
dc.subjectLoad capacity
dc.subject.cnpqEngenharia Civil
dc.titleOtimização multiobjetivo no projeto de lajes mistas de aço e concreto
dc.typemasterThesis
Arquivos
Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
IsabelaOliveiraMaiadaSilva-2025-dissertacao.pdf
Tamanho:
3.26 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.71 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição:
Baixar
Coleções
Mestrado em Engenharia Civil