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Tipo: Dissertação
Título: Otimização de vigas protendidas de concreto de altíssimo desempenho com foco na redução das emissões de CO₂
Autor(es): Castro, Davi Costa de
Primeiro Orientador: Ribeiro, Paula de Oliveira
Co-orientador: Mendes, Júlia Castro
Membro da banca: Lemonge, Afonso Celso de Castro
Membro da banca: Sousa, Alex Micael Dantas de
Resumo: O concreto de altíssimo desempenho reforçado com fibras (ultra-high-performance fiber-reinforced concrete - UHPFRC) é um compósito cimentício que apresenta elevadas resistências mecânicas e durabilidade, permitindo a concepção de elementos estruturais mais esbeltos e leves quando comparados ao concreto convencional. Essas características conferem ao UHPFRC potencial para a redução do consumo de materiais e para a mitigação das emissões de dióxido de carbono (CO₂) associadas às estruturas, desde que sua aplicação esteja associada a estratégias adequadas de projeto estrutural. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo investigar o potencial da utilização do UHPFRC em vigas protendidas com foco na redução das emissões de CO₂, mantendo-se, no mínimo, a capacidade de carga originalmente imposta. A metodologia adotada baseou-se na modelagem numérica por elementos finitos de uma viga protendida de referência. O UHPFRC foi empregado como material alternativo ao concreto convencional, considerando dois teores de fibras de aço, iguais a 1% e 2%. A desmaterialização das seções transversais foi conduzida por meio de otimização estrutural baseada em algoritmos genéticos, tendo como função objetivo a minimização das emissões de CO₂ associadas à etapa do produto do ciclo de vida (A1–A3), com a análise concentrada na subetapa A1, relativa ao suprimento de matérias-primas. Os resultados indicaram que a abordagem adotada possibilita a redução de aproximadamente 23,3% e 17,6% nas emissões de CO₂ para os teores de fibras de 1% e 2%, respectivamente, em relação à viga convencional. Observou-se também redução expressiva do peso próprio, da ordem de 49,8% e 50,2%, evidenciando o efeito direto da desmaterialização promovida pela otimização estrutural. Conclui-se que a utilização do UHPFRC em vigas protendidas apresenta uma solução promissora para a redução das emissões de CO₂, desde que associada à otimização estrutural, reforçando a importância da integração entre desempenho mecânico e sustentabilidade ambiental na fase de concepção estrutural.
Abstract: Ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) is a cementitious composite that exhibits high mechanical strength and durability, enabling the design of more slender and lighter structural elements when compared to conventional concrete. These characteristics give UHPFRC the potential to reduce material consumption and mitigate carbon dioxide (CO₂) emissions associated with structures, provided that its application is combined with appropriate structural design strategies. In this context, this study aimed to investigate the potential use of UHPFRC in prestressed concrete beams with a focus on reducing CO₂ emissions while maintaining, at a minimum, the originally required load-carrying capacity. The adopted methodology was based on finite element numerical modeling of a reference prestressed beam. UHPFRC was employed as an alternative material to conventional concrete, considering two steel fiber volume fractions, equal to 1% and 2%. The dematerialization of the cross-sections was performed through structural optimization based on genetic algorithms, with the objective function defined as the minimization of CO₂ emissions associated with the product stage of the life cycle (A1–A3), with the analysis concentrated on substage A1, related to raw material supply. The results indicated that the proposed approach enables reductions of approximately 23,3% and 17,6% in CO₂ emissions for fiber contents of 1% and 2%, respectively, compared to the conventional concrete beam. A significant reduction in self-weight was also observed, on the order of 49,8% and 50,2%, highlighting the direct effect of the dematerialization achieved through structural optimization. It is concluded that the use of UHPFRC in prestressed beams represents a promising solution for reducing CO₂ emissions when combined with structural optimization, reinforcing the importance of integrating mechanical performance and environmental sustainability at the structural design stage.
Palavras-chave: UHPFRC
Protensão
Algoritmos genéticos
Otimização
Sustentabilidade
Prestressing
Genetic algorithms
Optimization
Sustainability
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PEC)
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20697
Data do documento: 30-Jan-2026
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Civil (Dissertações)



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