http://hdl.handle.net/10183/181251 2026-11-15T16:42:15Z 2026-11-15T16:42:15Z Benincá, Letiane http://hdl.handle.net/10183/308392 2026-06-19T11:04:34Z 2024-01-01T00:00:00Z

Multi-objective optimization for social multifamily housing : minimizing heating and cooling demand Benincá, Letiane The field of architecture and engineering is currently experiencing significant changes due to advances in technology and the growing role of Artificial Intelligence. This shift is largely driven by the growing urgency of promoting more efficient buildings, especially considering its substantial impact on global greenhouse gas emissions and energy usage. Consequently, it is becoming important to focus on practical design choices and utilize effective strategies to enhance energy efficiency and overall building performance. This thesis presents a comprehensive approach to optimize the shape, solar orientation, and envelope configuration of social residential buildings in a humid subtropical climate (Koppen classification: Cfa) in the southern region of Brazil. The main objective is to simultaneously minimize both heating and cooling demands, and present optimal performance design and parameter ranges to improve efficiency energy in multifamily buildings. To achieve this, the study utilizes multi-objective optimization techniques with the support of a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). The simulations are conducted using the EnergyPlus while the optimization process is implemented through Python programming. This extensive computational effort involves a total of 480,000 simulations. The results of the optimization process demonstrate that by carefully selecting the optimal solar orientation, significant reductions in energy demand can be achieved. For instance, optimizing the solar orientation alone can lead to energy demand reductions of up to 5% for linear buildings and 11% for H buildings, when linked to the surroundings. Furthermore, when the envelope is properly addressed the energy demand between shapes achieves almost the same value. Moreover, the optimization of the building envelope configuration further enhances energy efficiency, resulting in remarkable reductions in total energy demand. In particular, linear buildings can achieve up to 60% reduction in energy demand, while H buildings reach up to 63% reduction. These findings highlight the potential benefits of considering solar orientation, surrounding shadows, and envelope design simultaneously during the early design stages of a project. The proposed threephase optimization framework evaluates different parameter alternatives and presents a pratical guidelines to make informed decisions about the most energy-efficient configurations.; O campo da arquitetura e da engenharia está atualmente passando por mudanças significativas devido aos avanços da tecnologia e ao papel crescente da Inteligência Artificial. Esta mudança é em grande parte impulsionada pela crescente urgência de promover edifícios mais eficientes, especialmente considerando o seu impacto substancial nas emissões globais de gases com efeito de estufa e na utilização de energia. Consequentemente, está a tornar-se importante concentrar-se em escolhas práticas de design e utilizar estratégias eficazes para melhorar a eficiência energética e o desempenho geral do edifício. Esta tese apresenta uma abordagem abrangente para otimizar a forma, a orientação solar e a configuração da envoltória de edifícios residenciais sociais em um clima subtropical úmido (classificação de Koppen: Cfa) na região Sul do Brasil. O principal objectivo é minimizar simultaneamente as exigências de aquecimento e arrefecimento e apresentar um design de desempenho e gamas de parâmetros ideais para melhorar a eficiência energética em edifícios multifamiliares. Para conseguir isso, o estudo utiliza técnicas de otimização multiobjetivo com o apoio de um algoritmo genético de classificação não dominado (NSGA-II). As simulações são realizadas utilizando o EnergyPlus enquanto o processo de otimização é implementado através da programação Python. Este extenso esforço computacional envolve um total de 480.000 simulações. Os resultados do processo de otimização demonstram que, selecionando cuidadosamente a orientação solar ideal, podem ser alcançadas reduções significativas na procura de energia. Por exemplo, a otimização da orientação solar por si só pode levar a reduções na procura de energia até 5% para edifícios lineares e 11% para edifícios H, quando ligada à envolvente. Além disso, quando o envelope é adequadamente abordado, a demanda de energia entre as formas atinge quase o mesmo valor. Além disso, a otimização da configuração da envolvente do edifício aumenta ainda mais a eficiência energética, resultando em reduções notáveis na procura total de energia. Em particular, os edifícios lineares podem atingir uma redução de até 60% na procura de energia, enquanto os edifícios H atingem uma redução de até 63%. Essas descobertas destacam os benefícios potenciais de considerar a orientação solar, as sombras circundantes e o design do envelope simultaneamente durante os estágios iniciais de design de um projeto. A estrutura de otimização em três fases avalia diferentes alternativas de parâmetros e apresenta diretrizes práticas para tomar decisões informadas sobre as configurações mais eficientes em termos energéticos.; El campo de la arquitectura y la ingeniería está experimentando actualmente cambios importantes debido a los avances de la tecnología y al creciente papel de la Inteligencia Artificial. Este cambio está impulsado en gran medida por la creciente urgencia de promover edificios más eficientes, especialmente considerando su impacto sustancial en las emisiones globales de gases de efecto invernadero y el uso de energía. En consecuencia, se está volviendo importante centrarse en opciones de diseño prácticas y utilizar estrategias efectivas para mejorar la eficiencia energética y el rendimiento general del edificio. Esta tesis presenta un enfoque integral para optimizar la forma, orientación solar y configuración envolvente de edificios residenciales sociales en un clima subtropical húmedo (clasificación de Koppen: Cfa) en la región sur de Brasil. El objetivo principal es minimizar simultáneamente las demandas de calefacción y refrigeración, y presentar un diseño de rendimiento óptimo y rangos de parámetros para mejorar la eficiencia energética en edificios multifamiliares. Para lograr esto, el estudio utiliza técnicas de optimización multiobjetivo con el apoyo de un algoritmo genético de clasificación no dominado (NSGA-II). Las simulaciones se realizan utilizando EnergyPlus mientras que el proceso de optimización se implementa mediante programación Python. Este extenso esfuerzo computacional implica un total de 480.000 simulaciones. Los resultados del proceso de optimización demuestran que seleccionando cuidadosamente la orientación solar óptima se pueden lograr reducciones significativas en la demanda de energía. Por ejemplo, optimizar la orientación solar por sí sola puede conducir a reducciones de la demanda de energía de hasta un 5% para edificios lineales y un 11% para edificios H, cuando se vincula con el entorno. Además, cuando la envolvente se aborda adecuadamente, la demanda de energía entre formas alcanza casi el mismo valor. Además, la optimización de la configuración de la envolvente del edificio mejora aún más la eficiencia energética, lo que da como resultado reducciones notables en la demanda total de energía. En particular, los edificios lineales pueden lograr hasta un 60% de reducción en la demanda de energía, mientras que los edificios H alcanzan hasta un 63% de reducción. Estos hallazgos resaltan los beneficios potenciales de considerar la orientación solar, las sombras circundantes y el diseño envolvente simultáneamente durante las primeras etapas de diseño de un proyecto. El marco de optimización en tres fases propuesto evalúa diferentes alternativas de parámetros y presenta directrizes prácticas para tomar decisiones informadas sobre las configuraciones más eficientes energéticamente.

2024-01-01T00:00:00Z Conterato, Fábio http://hdl.handle.net/10183/302403 2026-03-22T11:01:03Z 2023-01-01T00:00:00Z

Estudo do comportamento geomecânico de um solo residual de filito de Minas Gerais Conterato, Fábio Os solos residuais de filito da formação Batatal possuem comportamento peculiar do ponto de vista geotécnico, pois a mineralogia e estrutura dos mesmos pode conferir comportamento expansivo, colapsível e com anisotropia quanto á resistência ao cisalhamento. O trabalho efetuou o estudo de um solo residual de filito da região de Nova Lima (MG), pertencente à formação Batatal. O local do estudo corresponde a um talude de corte que já foi instabilizado por processos de rupturas pregressas e atualmente se encontra em processo de estabilização pela técnica de solo grampeado com faceamento em tela metálica de alta resistência. Foi realizado uma campanha de ensaios de laboratório para caracterização básica, além de ensaios para caracterização mineralógica, comportamento expansivo e colapsível. Também foram realizados ensaios cisalhamento direto para determinação da resistência ao cisalhamento paralelo e perpendicularmente às foliações, além de ensaios triaxiais para a orientação de campo. Para monitoramento do desempenho do sistema de estabilização foi feita a instrumentação de quatro grampos do sistema e da tela metálica de faceamento. O solo apresentou granulometria franco siltosa, com baixo limite de liquidez e comportamento não plástico. Foi detectada a presença de argilominerais com potenciais expansivo (ilita e caulinita), sendo que a pressão de expansão apresentou valor relativamente baixo. Em ensaio de colapsividade foi constatado que o comportamento referente ao potencial de colapso apresenta variação em função da tensão normal aplicada. O solo apresenta anisotropia quanto á resistência ao cisalhamento, sendo que o principal plano de fraqueza corresponde à direção paralela às foliações. A instrumentação se mostrou efetiva para monitoramento do sistema de estabilização, sendo que os grampos apresentaram perdas significativas da carga de tensionamento aplicada, enquanto que a pressão no contato solo/tela, não apresentou perdas durante o período de monitoramento.; TThe residual phyllite soils from the Batatal formation have peculiar behavior from a geotechnical point of view, as their mineralogy and structure can confer expansive, collapsible behavior and anisotropy in terms of shear resistance. The work carried out the study of a residual phyllite soil from the Nova Lima region (MG), belonging to the Batatal formation. The study site corresponds to a cut slope that has already been unstable due to previous rupture processes and is currently in the process of being stabilized using the nailed soil technique with highresistance metal mesh facing. A campaign of laboratory tests was carried out for basic characterization, in addition to tests for mineralogical characterization, expansive and collapsible behavior. Direct shear tests were also carried out to determine the shear resistance parallel and perpendicular to the foliations, in addition to triaxial tests for field orientation. To monitor the performance of the stabilization system, four nails of the system and the steel mesh were instrumented. The soil had silty loam grain size, with low liquidity limit and non-plastic behavior. The presence of clay minerals with expansive potential (illite and kaolinite) was detected, with the expansion pressure showing a relatively low value. In a collapsivity test, it was found that the behavior regarding the collapse potential varies depending on the applied normal stress. The soil presents anisotropy in terms of shear resistance, with the main plane of weakness corresponding to the direction parallel to the foliations. The instrumentation proved to be effective for monitoring the stabilization system, with the clamps showing significant losses in the applied tensioning load, while the pressure in the soil/steel mesh contact showed no losses during the monitoring period.

2023-01-01T00:00:00Z Berton, Mateus Caciqui http://hdl.handle.net/10183/300674 2026-01-25T11:03:55Z 2025-01-01T00:00:00Z

Análise de requisitos específicos em projetos de Segurança contra Incêndio para edificações com carregadores de veículos elétricos Berton, Mateus Caciqui A popularização dos veículos elétricos (VEs) e a previsão de estações de recarga em edificações intensificam a necessidade de compreender os riscos envolvidos na presença de baterias de íons de lítio (BILs) em ambientes construídos. Essa tecnologia, embora essencial para a transição energética e a redução de emissões de gases de efeito estufa, apresenta perigos significativos relacionados a incêndios, como fuga térmica, liberação de gases tóxicos e dificuldade de extin- ção. No Brasil, apesar do avanço das discussões normativas, ainda não existem diretrizes consolidadas sobre segurança contra incêndio (SCI) em edificações com equipamentos de suprimento elétrico para veículos (ESEVs). Nessa linha, esta dissertação propõe uma metodologia para análise de riscos e definição de requisitos específicos em projetos de SCI para edificações com carregadores de VEs. A metodologia se baseia na construção de uma Matriz de Risco baseada na avaliação do risco existente e proposição de medidas mitigatórias organizadas por grau e por camada de segurança para redução do grau de risco. A abordagem considera variáveis técnicas como probabilidade, consequência e eficácia das medidas mitigatórias, associando-as a uma hierarquia de controle e às sete camadas da SCI em edificações. A aplicação da matriz demonstrou sua viabilidade como ferramenta de apoio à tomada de decisão técnica, permitindo classificar níveis de risco, identificar vulnerabilidades e propor intervenções proporcionais. Como limitação, destaca-se o número reduzido de edificações analisadas, o que reforça a necessidade de validações futuras com base em simulações, ensaios e ampliação do escopo. Ainda assim, os resultados indicam que a ferramenta proposta representa uma contribuição através de uma abordagem menos prescritiva e que pode ser aplicável à realidade brasileira, oferecendo suporte técnico diante da ausência de normatização específica.; The growing adoption of electric vehicles (EVs) and the inclusion of charging stations in buildings intensify the need to understand the risks associated with the presence of lithium-ion batteries (LIBs) in built environments. Although this technology is essential for the energy transition and the reduction of greenhouse gas emissions, it presents significant fire-related hazards, such as thermal runaway, release of toxic gases, and difficulty in extinguishing fires. In Brazil, despite advances in normative discussions, there are still no consolidated guidelines on fire safety (FS) for buildings equipped with Electric Supply Equipment for Vehicles (ESEVs). In this context, this dissertation proposes a methodology for risk analysis and the definition of specific requirements in FS projects for buildings with EV chargers. The methodology is based on the development of a Risk Matrix grounded on the assessment of existing risk and the proposal of mitigation measures organized by severity level and safety layer to reduce the degree of risk. The approach considers technical variables such as probability, consequence, and effectiveness of mitigation measures, associating them with a control hierarchy and the seven FS layers in buildings. The application of the matrix demonstrated its feasibility as a decisionsupport tool, allowing for the classification of risk levels, identification of vulnerabilities, and the proposal of proportional interventions. As a limitation, the reduced number of buildings analyzed is highlighted, reinforcing the need for future validations through simulations, experiments, and broader scope. Nevertheless, the results indicate that the proposed tool represents a contribution with a less prescriptive approach that can be applied to the Brazilian context, offering technical support in the absence of specific regulations.

2025-01-01T00:00:00Z Oliveira, Leonardo Marquezan de http://hdl.handle.net/10183/300646 2026-01-25T11:00:52Z 2024-01-01T00:00:00Z

Influência da absorção de água inicial do substrato cerâmico nas propriedades da argamassa estabilizada Oliveira, Leonardo Marquezan de A demanda por infraestrutura e moradias exige a utilização de materiais que otimizem a produtividade da construção civil. Nesse contexto, a argamassa estabilizada, que é fruto da evolução tecnológica da indústria de aditivos químicos, pode agregar diversas vantagens a este setor, uma vez que possui maior controle produtivo, maior tempo de trabalhabilidade e menor demanda por mão-de-obra. Todavia, devido à complexidade de formulação dessas argamassas, à falta de normativas regulamentadoras específicas e à incipiência de estudos que avaliem as propriedades dessas aplicadas sobre substratos porosos, esses compósitos têm apresentado diversos problemas que comprometem suas aplicações e os tornam alvo de críticas e debates. Nesse contexto, visando preencher lacunas e contribuir para o desenvolvimento do material, o objetivo dessa pesquisa é verificar a influência da interação de argamassas estabilizadas com substratos cerâmicos de diferentes níveis de absorção de água inicial, avaliando as propriedades e o comportamento dessas ao longo do tempo no estado fresco e no estado endurecido. Para isso, 3 argamassas de revestimento com 36 horas de estabilização foram caracterizadas ao longo do período de armazenamento através de diversas técnicas de avaliação em pelo menos 2 momentos após o recebimento das argamassas em laboratório (0 e 24 horas). No estado endurecido, os compósitos moldados/aplicados ao longo dos 2 tempos de armazenamento foram avaliados por meio de ensaios normativos, de acordo com a ABNT NBR 13281-1:2023, e de testes executados nas argamassas que foram aplicadas como revestimento de 2 substratos cerâmicos de diferentes níveis de absorção de água inicial (baixo e alto) através da metodologia da caixa de queda. A partir das determinações dos ensaios de densidade de massa, de teor de ar incorporado, de teor de umidade, de consistência, de penetração de cone e de squeeze-flow, observou-se que essas argamassas apresentaram perda de trabalhabilidade e de plasticidade ao longo do tempo de estabilização, contudo, mantiveram características suficientemente necessárias à utilização e à aplicação desse material. No estado endurecido, além da verificada influência do tempo de armazenamento das argamassas estabilizadas em diversas propriedades de trabalhabilidade e de resistências mecânicas, observou-se também a significativa influência do nível de absorção de água do substrato cerâmico na variação do teor de umidade ao longo do estado fresco, na densidade de massa no estado endurecido, no módulo de elasticidade dinâmico e na resistência de aderência à tração ao substrato dessas argamassas de revestimento. Ao final, por meio das diversas análises desenvolvidas e observadas ao longo desse estudo, permite-se concluir que a absorção de água inicial dos substratos cerâmicos influencia significativamente o desenvolvimento e o comportamento de diversas propriedades das argamassas estabilizadas de revestimento, o que sinaliza a importância de avaliar o material em condições de uso e reforça a necessidade da concepção de normas especificas para a avaliação das argamassas estabilizadas.; The demand for infrastructure requires using materials that optimize productivity in the construction industry. In this context, ready-to-use mortar, which results from technological advancements in the chemical additives industry, can bring several advantages to this sector, as it offers greater production control, longer workability time, and reduced labor requirements. However, due to the complexity of formulating these mortars, the lack of specific regulatory standards, and the limited studies evaluating their properties when applied in porous substrates, these composites have presented various issues that compromise their applications and make them subjects of criticism and debate. In this context, aiming to fill gaps and contribute to the development of the material, the research's main objective is to investigate the influence of the interaction between ready-to-use mortars and ceramic substrates with different levels of water initial rate of absorption, evaluating their properties throughout the time in the fresh state and in the hardened state. To this, three types of coating mortars with 36 hours of stabilization were characterized over the storage time using various evaluation techniques at least twice after receiving the mortars in the laboratory (0 and 24 hours). In the hardened state, the composites applied over the two storage times were evaluated through normative tests according to ABNT NBR 13281-1:2023, as well as the tests conducted on the mortars applied as coatings of the two ceramic substrates with different initial water absorption levels (low and high) using the drop box methodology. Through the determination of mass density, incorporated air content, moisture content, consistency, cone penetration, and squeeze-flow, it was observed that these mortars experienced a loss of workability and plasticity over the stabilization time; however, they retained sufficiently good characteristics for the use and application of this materials. In the hardened state, in addition to the observed influence of the storage time of stabilized mortars on various workability properties and mechanical strengths, there was also a significant influence of the water's initial rate of absorption level of the ceramic substrate on the variation of moisture content in the fresh state, on mass density, on dynamic modulus of elasticity, and on the tensile adhesion strength to the substrate of these coating mortars. In conclusion, through the various analyses developed and observed throughout this study, it can be concluded that the initial water absorption of ceramic substrates significantly influences the development and behavior of various properties of ready-to-use coating mortars, highlighting the importance of evaluating the material under use conditions and reinforcing the need for the conception of specific standards for the evaluation of this special mortars.

2024-01-01T00:00:00Z