Otimização de vigas de concreto armadas com barras de polímero reforçado com fibras de vidro (GFRP) utilizando algoritmos genéticos

Abstract

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.