Repositório RCAAP

Mais recentemente a exploração offshore de petróleo e gás tem se intensificado na costa brasileira. Uma das características da exploração offshore no Brasil está ligada ao fato de os hidrocarbonetos se situarem a grandes profundidades no mar, frequentemente abaixo de uma espessa camada de sal, exigindo o desenvolvimento de novas tecnologias para vencer os desafios para sua prospecção e extração. A profundidade dos poços pode variar entre dois mil e sete mil metros abaixo da superfície do mar. Um dos grandes desafios é garantir uma boa conexão dos equipamentos de extração com a unidade de produção na superfície, o que se faz com risers. Há distintas configurações de risers, entre as quais os verticais, em catenária, lazy waves ou steep waves, sendo que o riser em catenária e o vertical, em particular, serão estudados aqui. Este trabalho visa a estudar os efeitos dinâmicos não lineares no riser, que, por ser extremamente esbelto, exige a consideração da não linearidade geométrica. Entre eles, destaca-se a possibilidade de ocorrência da ressonância paramétrica. Os carregamentos dinâmicos podem ser provenientes da movimentação da unidade flutuante, correntezas ou escoamento interno. Neste trabalho serão elaborados modelos em elementos finitos, utilizando o software Abaqus, que possui mais recursos que a maioria dos softwares comerciais para as análises que se pretende realizar. Esses modelos simularão inicialmente a configuração de equilíbrio estático do riser e posteriormente serão adicionados os carregamentos dinâmicos. Na representação do encontro do riser com o solo no fundo do mar, serão utilizados elementos de contato elásticos. Pretende-se discutir a viabilidade e as limitações no uso de programas generalistas de análise estrutural pelo método dos elementos finitos, no confronto com programas dedicados, e ainda comparando os resultados obtidos com aqueles que decorrem de soluções analíticas, ou experimentais, quando disponíveis.

O grande desenvolvimento da engenharia nas últimas décadas trouxe importantes benefícios para a humanidade. Entretanto, obras mais ambiciosas exigem projetos igualmente complexos, o que demanda a utilização de ferramentas de análise estrutural. O método dos elementos finitos, desde sua invenção, foi o método mais utilizado na engenharia estrutural por calculistas, sendo consequentemente a base da maioria dos programas de análise estrutural. Porém, para certos tipos de problema, o MEF demonstra imperfeições que outros métodos podem suprir. Um exemplo disto é a dificuldade de geração de malha quando o domínio analisado é geometricamente complexo, pois os elementos precisam se adaptar às fronteiras do domínio, e isto pode consumir bastante tempo e memória ao buscar a melhor disposição possível de elementos. O método das células finitas, derivado do MEF e do método dos domínios fictícios, possui uma abordagem diferente, com uma proposta de geração de malha com elementos regulares, o que pode se provar mais econômico quando se coloca em questão problemas com domínios complexos. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo baseado no método das células finitas, desde a revisão bibliográfica do método até a implementação computacional, na linguagem C++. Utilizando o algoritmo, dois problemas de análise estrutural serão resolvidos, para que haja comparação com um software comercial que utiliza o método dos elementos finitos, visando validar o programa desenvolvido. Por fim, serão discutidos os resultados obtidos, e futuras melhorias no programa, visando problemas reais, como os da área offshore.

O concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) é caracterizado pela alta capacidade resistente pós-fissuração, melhorando as características de tenacidade e ductilidade do concreto convencional. Seu comportamento é influenciado principalmente por seus materiais constituintes, por sua dosagem e pela interface fibra/matriz. O ensaio de arrancamento (pullout test) é de grande importância na caracterização da resposta dessa interação, revelando a influência da geometria da fibra no atrito fibra/ matriz e na ancoragem mecânica, e fornecendo resultados que podem ser extrapolados para se estimar o comportamento do compósito como um todo. Dessa forma, o objetivo dessa pesquisa é estudar a interação fibra/matriz cimentícia através de ensaios experimentais, previsões analíticas e análises numéricas do comportamento ao arrancamento das fibras de aço, com o intuito de aprimorar sua utilização em modelos multiescala com representação discreta e explícita da fibra, por meio da adoção de efeitos de ancoragem separados e da consideração do efeito da inclinação da fibra em relação ao plano de fissura. Para isso, foram realizados ensaios laboratoriais com fibras retas e com ganchos alinhadas à carga aplicada, de forma a se obter parâmetros de entrada para a parcela relativa à contribuição dos ganchos dada pela diferença das respostas. Nos corpos de prova no formato dog-bone, duas configurações foram assumidas: uma e quatro fibras, visando reduzir a variabilidade do ensaio. Inicialmente, os resultados experimentais foram comparados aos resultados previstos pelo modelo analítico Diverse Embedment Model (DEM) e pelas simulações numéricas dos ensaios de arrancamento assumindo-se leis de aderência de três estágios ou baseadas no modelo de Laranjeira et al. (2010b), para diferentes inclinações da fibra. Verificou-se a importância da representação explícita dos efeitos de ancoragem nas extremidades das fibras no que diz respeito a diferentes comprimentos incorporados e à maior contribuição desse fator nos mecanismos de arrancamento. Também notaram-se resultados mais compatíveis com os encontrados na literatura ao se prever respostas para diferentes inclinações em relação ao modelo anteriormente adotado. Por fim, os modelos numéricos para a interface foram aplicados em modelos multiescala, incluindo ensaios de flexão em três pontos, conforme EN 14651 (2005), utilizados para obtenção de parâmetros pós-fissuração do CRFA. Os resultados demonstram que a metodologia experimental e multiescala integrada pode ser muito útil para unir as respostas físicas e numéricas de CRFA considerando fibras de aço com ganchos nas extremidades, e que a ferramenta numérica obtida pode contribuir para melhor compreensão dos processos de falha deste tipo de composto.

Este trabalho tem por objetivos: o estudo do comportamento dinâmico nãolinear de risers oceânicos, utilizando modos não-lineares de vibração, e o controle ativo das vibrações neles induzidas. Uma formulação não-linear do método dos elementos finitos é utilizada para a modelagem dos sistemas estruturais com vários graus de liberdade. Pela aplicação do método das variedades invariantes ao modelo de elementos finitos, determinam-se os modos normais não-lineares. Para o caso de ressonâncias internas, pode ser necessário determinar multi-modos não-lineares, o que se faz pela aplicação do método das múltiplas escalas. Apreciável esforço científico ainda é necessário para uma compreensão profunda da dinâmica de risers. Muitas das questões em aberto estão relacionadas a aplicações em águas ultraprofundas. Recentemente, novas reservas de óleo e gás foram descobertas no mar brasileiro em águas ultraprofundas, com lâminas dágua superiores a 2500m. Assim, a indústria offshore se depara com um novo conjunto de problemas e desafios relacionados à dinâmica não-linear de risers. Desta forma, a análise modal não-linear pode ter um importante papel na modelagem de Riser- Towers, SCRs (Steel Catenary Riser), entre outros sistemas oceânicos. Um procedimento completo consideraria diversos aspectos como movimentos induzidos por ondas (WIM Wave Induced Motion) e por correntes oceânicas. Nesta última categoria, ressaltam-se as vibrações induzidas por vórtices (VIV Vortex Induced Vibration). A todos esses fenômenos se somam o escoamento interno, deslocamento imposto, contato com o solo marinho, etc. Nota-se que a análise modal não-linear é adequada para representar o comportamento da dinâmica global dos risers por meio de modelos matemáticos com poucos graus de liberdade. Diferenças relevantes entre as abordagens linear e nãolinear são encontradas na forma modal e nos diagramas de fase. Tais diferenças podem ser importantes quando o arrasto e a inércia do fluido forem considerados. Multi-modos são utilizados para abordar ressonâncias internas utilizando análises acopladas que são importantes no caso de excitação multi-modal de modos altos por VIV. De fato, modos não-lineares podem ser úteis na elaboração de modelos matematicamente reduzidos que apresentem uma resposta qualitativa e quantitativamente coerente com a resposta da análise de risers sob carregamentos reais. A análise modal não-linear é uma técnica inovadora que permite um aprofundamento do entendimento do comportamento da dinâmica dos risers e a elaboração de modelos matemáticos com poucos graus de liberdade. Por serem modelos menores, consomem menos tempo de processamento levando a respostas mais rápidas, essenciais para sistemas de controle eficientes. Alguns exemplos de sistemas de controle são estudados neste trabalho.

As estruturas feitas com pré-moldados são geralmente compostas por uma base (peça pré-fabricada) mais concreto moldado no local, como é o caso de lajes (pré- lajes, lajes alveolares, aduelas de pontes). No concreto novo junto à interface de contato entre os elementos surgem tensões de tração devidas à restrição a deformação de retração por secagem imposta pela base. Portanto, ressalta-se a importância em conhecer tais tensões, pois, as mesmas podem provocar a fissuração do concreto. Por essa relevância, estuda-se neste trabalho o comportamento da tensão de tração resultante na estrutura composta, onde o elemento de concreto simples novo (sem armadura) está com restrição contínua na base e o mesmo sofre tensões originadas pela retração por secagem, as quais são reduzidas pelas deformações de natureza viscosa (fluência). Este estudo é feito ao longo do tempo utilizando o modelo de previsão de retração e fluência da ABNT NBR 6118:2003 variando o tipo de cimento, classe de resistência à compressão, relação água/cimento (representada pelo abatimento), umidade relativa do ar, temperatura ambiente, altura da camada do elemento de concreto e o grau de restrição da base. As tensões de tração resultantes foram determinadas por método iterativo, proposto inicialmente pelo Engº José Zamarion Ferreira DINIZ (Diretor da Empresa Zamarion e Millen Consultores S/S Ltda) e melhorado por esse autor, considerando-se a evolução no tempo da retração e da fluência do concreto, a partir disso foi possível determinar um modelo simplificado que permite uma estimativa rápida das referidas tensões utilizando os conceitos de coeficiente de envelhecimento e grau de restrição.

Este trabalho apresenta uma teoria de barras não-linear geometricamente exata, com multi-parâmetros para a representação geral de deslocamentos no plano da seção transversal (distorção) e também fora do plano da seção (empenamento). A formulação apresentada constitui-se em uma extensão de trabalhos anteriores, [1] a [6], [8] e [9], no sentido de que a hipótese de seção rígida (Timoshenko) e a função de empenamento elástico de Saint-Venant foram removidos. Essa abordagem define os esforços internos energeticamente conjugados, atuantes na seção transversal, em função de deformações e tensões generalizadas, baseadas no conceito de vetor diretor da seção transversal. Além da importância prática, o uso do vetor diretor simplifica a formulação das equações de equilíbrio e a imposição das condições de contorno, tanto na forma fraca quanto na forma forte do equilíbrio. Além disso, facilita a obtenção da matriz de rigidez tangente, resultando sempre simétrica pra materiais hiper-elásticos e carregamento externo conservativo, mesmo em situações distantes da condição de equilíbrio. Permite também a introdução de graus de liberdade independentes para descrever tanto os deslocamentos no plano quanto fora do plano da seção transversal. Equações constitutivas tri-dimensionais adequadas para problemas com grandes deslocamentos e grandes deformações podem ser implementadas sem a ocorrência de enrijecimentos espúrios. A formulação é absolutamente geral e sua extensão para materiais inelásticos, em particular materiais elasto-plásticos, é imediata uma vez qua a integração de tensões com carregamentos incrementais está disponível. Rotações finitas são tratadas através da expressão de Euler-Rodrigues em uma abordagem puramente Lagrangeana. Assume-se o eixo reto como configuração de referência da barra, porém, barras inicialmente curvas também podem ser consideradas como configurações de referência deformadas, sem tensões iniciais, obtidas a partir de configurações inicialmente retas [11]. É importante ressaltar que a teoria apresentada permite uma modelagem consistente e precisa de distorções da seção transversal, típicas de perfis metálicos esbeltos dobrados a frio. Acredita-se que esta seja uma das principais contribuições dessa formulação como opção ao uso de modelos de cascas.

Parte fundamental da modelagem computacional do contato é a descrição matemática das superfícies dos corpos envolvidos. A proposta deste trabalho é sistematizar a reconstrução de superfícies de rodas e trilhos em ambiente computacional a partir de amostras discretas medidas em elementos ferroviários reais. Estas representações podem, então, ser utilizadas em simulações de elementos finitos de diversas situações de interesse ao contexto ferroviário. Foi desenvolvido um procedimento de ajuste por aproximação de curvas chamadas de splines de arcos, que são compostas por arcos de circunferência conectados de forma suave (continuidade do vetor tangente através dos segmentos). Dada uma sequência de amostras de uma curva plana, propriedades geométricas como comprimento de arco e curvatura são estimadas. Uma primeira curva aproximada é obtida a partir da curvatura estimada. Em seguida, é aplicado um método de otimização por mínimos quadrados que deforma a spline de arcos aprimorando a aproximação. Splines de arcos são um caso particular de curvas racionais NURBS (NonUniform Rational B-splines). Na segunda parte do trabalho, investiga-se como parametrizar as curvas planas reconstruídas usando funções racionais. Além disso, esquematiza-se como transformar as curvas planas reconstruídas em superfícies NURBS de extrusão e revolução a fim de modelar superfícies de contato de trilhos e rodas respectivamente.

As pontes estaiadas são pontes que consistem de um tabuleiro suportado por cabos retos e inclinados (estais) fixados nos mastros. Este tipo de estrutura é altamente hiperestática, bastante sensível à seqüência construtiva, mas mesmo assim aceitando, por conta a flexibilidade do tabuleiro uma considerável gama de esforços de instalação dos estais. É importante escolher uma distribuição inicial apropriada para esses esforços sob carregamento permanente tal que a flexão no tabuleiro seja limitada. A presente pesquisa tem como objetivo estudar diferentes métodos para a obtenção de uma boa distribuição de esforços nos estais em pontes estaiadas. Os métodos estudados nesta pesquisa são: o método do tabuleiro articulado (uma articulação em cada cruzamento com os estais - MTA), o método de anulação dos deslocamentos (MAD), o método de anulação das reações em apoios fictícios (MAR) e o método de anulação dos deslocamentos ao longo do processo construtivo. A idéia final de todos eles é obter para o tabuleiro uma resposta próxima à de uma viga continua. Porém, se for necessário, pode-se controlar também os deslocamentos do mastro. Os três primeiros métodos são estudados para a configuração final da ponte, mas também foram verificados seus resultados considerando o processo construtivo, já que durante esta etapa ocorrem variações nos esforços internos da ponte alterando assim o resultado final. Todos os resultados são comparados com a finalidade de escolher um método que além de controlar a configuração final da ponte apresente uma distribuição aceitável de esforços ao final da construção. Desta forma, pode-se obter uma boa estimativa dos esforços de instalação dos estais.

O estudo da dinâmica estrutural de risers oceânicos apresenta instigantes desafios aos pesquisadores da área da engenharia de estruturas, uma vez que os meios tradicionais de análises dinâmicas lineares nem sempre se ajustam às suas complexas particularidades. No atual estágio do desenvolvimento científico da área de engenharia de estruturas, a aplicação de técnicas de análise dinâmica não linear, dentro de determinadas hipóteses, mostra-se como uma das alternativas possíveis e viáveis à tradicional análise dinâmica linear. Com vistas a uma nova abordagem do problema, o presente trabalho adota uma metodologia de análise não linear dinâmica de risers oceânicos em configuração de lançamento de catenária, conjugada a uma técnica de processamento de Modelos de Ordem Reduzida para o estudo dos fenômenos dinâmicos manifestados por risers. Trata-se de um método de modelagem local, restrito à região de contato unilateral do riser com o solo, considerado este último um meio viscoelástico. Os resultados da aplicação desta metodologia são demonstrados nos estudos de caso apresentados com comparações com modelos numéricos (Método dos Elementos Finitos) e modelos físicos.

Na última década foram descobertas jazidas de petróleo e gás em águas profundas ao longo da costa sudeste do Brasil, o que tem levado à reavaliação de conceitos e técnicas até então utilizados para sua exploração em pequenas profundidades. Parâmetros que anteriormente eram supostamente não críticos passaram a ser relevantes no dimensionamento estrutural dos risers. Efetivamente, a descoberta de novas jazidas na Bacia de Santos incentivou o desenvolvimento de pesquisas nesta área, no Brasil e no mundo. Os depósitos de petróleo e gás encontrados abaixo da camada de sal (daí serem referidas por pré-sal) ocorrem em áreas com lâmina dágua de mais de 2.000 metros, requerendo novas tecnologias para viabilizar sua extração. Os risers de produção nada mais são do que tubulações que levam petróleo e gás do fundo do oceano para a superfície. Nas suas diversas configurações geométricas (vertical, em catenária, lazy wave, entre outros), são elementos estruturais extremamente esbeltos, que devem suportar carregamentos dinâmicos oriundos da correnteza marítima em grande profundidade, ondas de superfície, escoamento interno e deslocamentos impostos, atendendo a exigentes critérios de projeto. O riser vertical será o foco deste trabalho, no qual se pretende utilizar modelos matemáticos com poucos graus de liberdade, denominados modelos de ordem reduzida (MOR), mas com adequada capacidade de representação qualitativa e quantitativa da resposta estrutural, fazendo uso de modos não lineares como funções de projeção, dentro do método de Galerkin não linear. Os modos não lineares, intensivamente estudados no Grupo de Pesquisa Dinâmica, Estabilidade e Controle de Sistemas Estruturais da Escola Politécnica da USP, por conterem intrinsecamente informações de harmônicos de ordem superior, são capazes de, em menor número do que os modos lineares utilizados no método da superposição modal clássico, descreverem acuradamente a resposta do sistema não linear. Serão utilizados procedimentos baseados tanto no método das variedades invariantes, quanto no método das múltiplas escalas, em modelos analíticos. Para a redução de graus de liberdade, será utilizado o método de projeção que se baseia na imposição da igualdade entre os trabalhos virtuais dos modelos de alta e baixa hierarquia (MOR), de sorte que o sistema sob carregamento dinâmico possa ser estudado em espaço de fase de baixa dimensão. A presente pesquisa, além dos desafios acadêmicos inerentes ao tema, apresenta evidente relevância econômica e estratégica para o País.

This study explores the use of hierarchical models to represent three-dimensional solids in a computationally inexpensive way. First, it is investigated the choice of the finite element spaces and how it affects the convergence in relation to the thickness parameter. It was studied three different models. It was shown that the best lowest order suitable combination of spaces grows in all fields as the model order is enriched. After, it is presented a theory to evaluate the error in the discretization and the kinematical hypothesis. It is shown that the implemented error in discretization technique is capable of capturing the boundary layer in automated way for any model. It is also given a posteriori error procedure for kinematical hypothesis. The method is based on the equilibrium error of higher order models. Good results are shown. In the end, it is presented a geometrical nonlinear hierarchical shell model and its discretization. It is shown that the model succeeds in representing the three-dimensional solution when compared with solid elements in a commercial code.

Este trabalho pretende estabelecer bases para a análise de estruturas correntes feitas em taipa de pilão. Esse material, constituído quase que somente por terra obtida no local da obra, tem todas as propriedades do que se chama uma construção sustentável, incluindo um mínimo de consumo de energia, se comparado as estruturas convencionais em aço e concreto. O texto é dividido em três temas principais. O primeiro trata de revisão da pouca literatura técnica existente sobre o assunto, incluindo a descrição das técnicas de construção e de seleção e preparo dos materiais. O segundo abrange a pesquisa feita pela autora no preparo e ensaio de corpos de prova do material, com a intenção de obter parâmetros que são o insumo para a análise propriamente dita de estruturas desse tipo. Esta análise é a terceira parte do trabalho, a qual consiste no processamento de modelos tridimensionais de elementos finitos de estruturas de construções hipotéticas em taipa de pilão.

Este trabalho apresenta estudos referentes à rigidez de pilares em análises de segunda ordem. É discutida a questão dos parâmetros necessários para definir o comportamento reológico de peças de concreto armado e também são expostos os fenômenos de instabilidade das estruturas. Para o fornecimento de dados de rigidez para análises não-lineares, utilizam-se relações momento-normal-rigidez secante. Para isto, através da linearização das relações momento-curvatura, são construídos ábacos de curvas de interação, acopladas a valores de rigidez secante adimensionais, para seções retangulares, circulares e vazadas. Com a finalidade de demonstrar a aplicabilidade, apresentam-se exemplos de utilização desses ábacos para dimensionamento e verificação de pilares. Nestes exemplos a não-linearidade geométrica é considerada através do processo P-delta ou pelos processos simplificados como o do Pilar-Padrão e do Pilar-Padrão Melhorado, de acordo com a Norma Brasileira NBR 6118:2003. A não-linearidade física é considerada pelos ábacos de curvas de interação momento-normal-rigidez secante adimensionais ou pela expressão aproximada da rigidez secante. Além disso, são expostos métodos simplificados de cálculo adotados pelo boletim 16 da FIB e pelo Eurocode-2 para consideração da não-linearidade e comparados com a Norma Brasileira.

O Método dos Elementos Finitos é a forma mais difundida de análise estrutural numérica, com aplicações nas mais diversas teorias estruturais. Contudo, no estudo das cascas e alguns outros usos, suas deficiências impulsionaram a pesquisa em outros métodos de resolução de Equações Diferenciais Parciais. O presente trabalho utiliza uma dessas alternativas, o Método de Galerkin Livre de Elementos (Element-Free Galerkin) para estudar as cascas. Inicia com a observação da aproximação usada no método, os Moving Least Squares e os Multiple-Fixed Least Squares. A seguir, estabelece uma formulação que combina a teoria de placas moderadamente espessas de Reissner-Mindlin à teoria da Elasticidade Plana e se utiliza da aproximação estudada para analisar placas e chapas deste tipo. Depois, expõe uma teoria geometricamente exata de cascas inicialmente curvas onde as curvaturas iniciais são impostas como deformações livres de tensão a partir de uma configuração de referência plana. Tal teoria exclui a necessidade de coordenadas curvilíneas e consequentemente da utilização de objetos como os símbolos de Cristoffel, já que todas as integrações e imposições são feitas na configuração plana de referência, em um sistema ortonormal de coordenadas. A imposição das condições essenciais de contorno é feita por forma fraca, resultando em um funcional híbrido de deslocamentos que permite a maleabilidade necessária ao uso dos Moving Least Squares. Esse trabalho se propõe a particularizar tal teoria para o caso de pequenos deslocamentos e deformações (linearidade geométrica), mantendo a consistência das definições de tensões e deformações generalizadas enquanto permite uma imposição da forma fraca resultante, depois de discretizada, por um sistema linear de equações. Por fim, exemplos numéricos são usados para discutir sua eficácia e exatidão.

No presente estudo buscou-se avaliar os principais ensaios não destrutivos que são aplicados às estruturas de concreto armado. Para tanto, primeiramente é apresentada uma revisão bibliográfica abordando diversos métodos de ensaios não destrutivos, apresentando seus princípios físicos e aplicações. Posteriormente são apresentados 4 estudos de caso, onde foram aplicados diversos métodos de ensaio não destrutivo. No primeiro estudo de caso, realizou-se o ensaio com GPR (ground penetration radar) em uma viga de concreto, no Laboratório de Investigações Não Destrutivas (LIND) da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). No segundo estudo de caso, realizado no Laboratório de Estruturas e Materiais da Escola Politécnica da USP (EPUSP), uma parede de concreto foi ensaiada, aplicando os seguintes métodos de ensaio não destrutivo: ultrassom MIRA; esclerometria e pacometria. No terceiro estudo de caso, aplicado em campo, em uma ponte em Porto Alegre / RS, foi realizado o ensaio de ultrassom com 2 transdutores para avaliação de ligações da estrutura da ponte. No quarto estudo de caso, aplicado sobre uma ponte em São Paulo, foi realizado ensaio para avaliação do nível de carbonatação e utilizou-se a técnica de levantamento com laser scanner para realizar o mapeamento da estrutura.

Lightweight structures in grid form made of bar elements joined together with nodes reticulated shells, or gridshells. Different gridshell structural systems are studied, and a new connection system and method for generating this system are proposed. The connection system applies to structures with surfaces that have a high variability of curvature and connection parameters. Prior to the development of such a connection, the choices of materials, existing types of connections, grid patterns, cladding systems, optimization methods, and structural analysis evaluation are presented. Each enumerated aspect enables a well-reasoned development of the connection. The connection uses standardized hub geometries and interconnecting parts. The bars of the structure connect to the hubs through these interconnecting parts, which absorb varying parameters of the connection, such as incidence angle, twist angle, adjacency angles, and the fabrication tolerance of bar lengths and bolted connections. The aim is to provide a system that can be assembled quickly, disassembled and reused. A parametric modeling environment is used to model global and local geometry of meshes and nodes. Inputs for the programmed parametric definition include a mesh, geometry of the hub notch, and bars cross-sections; outputs include bar lengths, interconnecting parts geometries, and assembly information. A structural stability analysis is conducted with parametric finite element software. A small-scale physical model is presented, serving as a proof of the concept developed within the computational modeling environment. The scalability of the model is discussed, taking as a starting point the experience of the production of the small-scale model. Tensile tests results of the printed material and connection are provided.

Entre as peças fundamentais que compõem as estruturas de concreto armado encontram-se as lajes, as quais vêm sendo objeto de contínuo aperfeiçoamento no que diz respeito ao conforto, à segurança e à economia. O desenvolvimento de técnicas construtivas econômicas propiciou o aparecimento das lajes pré-fabricadas, com vantagens em relação às lajes maciças, como: redução do consumo de madeira para as fôrmas, redução do consumo de concreto, com a conseqüente diminuição dos esforços nas peças estruturais, e nas fundações. Tudo isto redundando evidentemente em menor tempo de execução e maior economia no custo da construção. Procurou-se neste trabalho reunir informações que possibilitem uma visão global sobre o tema, abordando-se, para isso, aspectos históricos das lajes pré-fabricadas, descrição dos elementos que as compõem, estudo do processo construtivo, dimensionamento, ensaios de laboratório em vigas com armaduras treliçadas e, finalmente, a análise da segurança destas lajes na fase de construção. Esta pesquisa mostrou que a qualidade e o desempenho estrutural destas lajes depende, em grande parte, dos cuidados tomados durante a fase construtiva, especialmente no que diz respeito ao escoramento. Assim, consegue-se evitar acidentes em obras ocasionados por erros cometidos nessa etapa.

Este trabalho pode ser dividido em três etapas principais. Inicialmente é proposta uma formulação estabilizada do método dos elementos finitos (MEF) para solução de problemas de escoamento incompressível governado pela equação de Navier-Stokes. Esta formulação foi implementada em um código computacional e testada através de diversos exemplos numéricos. Alguns elementos finitos com diferentes pares de função de interpolação da velocidade e pressão, consagrados na literatura, e também elementos finitos menos populares, foram investigados e seus resultados e performance comparados. A segunda etapa consiste na formulação do problema estrutural. Buscou-se por uma formulação dinâmica, não linear, capaz de simular movimentos complexos de estruturas sujeitas a grandes deslocamentos e grandes deformações durante longos intervalos de tempo. A etapa final deste trabalho é a proposição de um método para solução de problemas de Interação Fluido Estrutura (IFE) que utiliza o conceito de fronteiras imersas como alternativa a abordagens ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) clássicas. Elementos Finitos Generalizados, juntamente com Multiplicadores de Lagrange, são utilizados para prover descontinuidade nos campos de velocidade e pressão do fluido ao longo da interface com a estrutura. O acoplamento dos dois problemas é realizado utilizando um método implícito e alternado (staggered scheme), que possui a vantagem de permitir, facilmente, a implementação de códigos computacionais desenvolvidos para resolver isoladamente o problema fluido e/ou estrutural.

Model order reduction is necessary even in a time where the parallel processing is usual in almost any personal computer. The recent Model Reduction Methods are useful tools nowadays on reducing the problem processing. This work intends to describe a combination between POD (Proper Orthogonal Decomposition) and Ritz vectors that achieve an efficient Galerkin projection that changes during the processing, comparing the development of the error and the convergence rate between the full space and the projection space, in addition to check the stability of the projection space, leading to an adaptive model order reduction for nonlinear dynamical problems more efficient. This model reduction is supported by a secant formulation, which is updated by BFGS (Broyden - Fletcher - Goldfarb - Shanno) method to accelerate convergence of the model, and a tangent formulation to correct the projection space. Furthermore, this research shows that this method permits a correction of the reduced model at low cost, especially when the classical POD is no more efficient to represent accurately the solution.

Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico para a análise de problemas tridimensionais envolvendo a interação mecânica estaca-solo, acoplando-se o Método dos Elementos de Contorno (MEC) ao Método dos Elementos Finitos (MEF). O solo é modelado com o MEC utilizando-se as soluções fundamentais de Mindlin, assumindo um meio semi-infinito, homogêneo, isotrópico e elástico-linear. As estacas, modeladas com o MEF, consistem em um elemento único, com quatro nós e 14 parâmetros nodais (três deslocamentos em cada nó e mais duas rotações no topo da estaca). Cada uma das estacas é levada em consideração no MEC como uma linha de carga. Considera-se o escorregamento das estacas em relação ao maciço, empregando modelos de aderência para a definição da evolução das tensões tangenciais ao longo do comprimento das estacas. São empregados, como funções de forma, polinômios do quarto grau para os deslocamentos horizontais, cúbicos para os deslocamentos verticais e tensões horizontais ao longo do fuste e quadráticos para as tensões verticais do fuste e escorregamento. A reação da ponta da estaca é calculada assumindo tensão constante na base.