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A interação de contato entre a roda e o trilho em uma ferrovia tem forte influência no desempenho de todo o sistema ferroviário. Durante a operação, fenômenos indesejáveis podem ocorrer devido aos esforços que ocorrem no contato roda-trilho, como desgaste, fadiga por contato de rolamento, descarrilamento, entre outros. Os esforços no contato roda-trilho variamde acordo com as condições da via e da geometria dos perfis envolvidos. Há diversos modelos disponíveis para identificar a posição, a área de contato e os esforços envolvidos. No âmbito ferroviário, alguns processos de análise da interação roda-trilho foram desenvolvidos, dentre eles, um dos principais é o pummelling, que fornece uma medida de acúmulo de efeitos gerados em um par de trilhos devido à atuação de uma população de rodas com diferentes perfis geométricos. O objetivo do presente trabalho é elaborar uma metodologia para avaliar o acúmulo de dano na estrutura de um par de trilhos baseada na metodologia pummelling. A primeira etapa do desenvolvimento do modelo consiste na descrição e parametrização geométrica dos perfis de rodas e trilhos. Em seguida, apresenta-se o desenvolvimento do modelo de contato quase estático, que utiliza a formulação master-surface to master-surface, porém com adaptações para o caso bidimensional, possibilitando obter solução analítica para o problema local de contato. Este modelo, utilizado para determinar a posição do contato, também é capaz de lidar com situações em que há mais de uma interação pontual e em que há superfície não convexa no contato. De posse da localização do contato e das características da via e do veículo em operação, as tensões normais advindas do contato podem ser avaliadas com base na teoria de Hertz, dentre outras metodologias disponíveis. Como resultados, são gerados diagramas de pressão acumulada no par de trilhos, causadas pela atuação da população de rodas considerada. Um dos requisitos do presente projeto é a implementação do modelo em um programa computacional capaz de avaliar a interação roda-trilho de modo rápido - por ser um modelo bidimensional com poucos graus de liberdade - e gerar resultados realísticos - pois utiliza geometria de perfis reais. Os resultados obtidos neste modelo poderão ser utilizados como base para otimização de perfis de trilhos em trabalhos futuros.

A análise das estruturas de aço sujeitas a ações verticais e horizontais, em termos de esforços solicitantes, deslocamentos e rotações, muitas vezes requer a consideração dos efeitos da não linearidade geométrica. Em outras palavras, a interação entre os deslocamentos e os esforços externos pode provocar uma alteração na intensidade dos esforços internos que solicitam a estrutura que, caso não seja adequadamente avaliada, pode conduzir a uma redução significativa dos níveis de segurança. Nesse contexto, destacam-se duas metodologias de avaliação desses efeitos: aquelas baseadas em análises aproximadas e aquelas baseadas em análises geometricamente exatas. As análises aproximadas podem ser caracterizadas em sua grande maioria por desenvolver um estudo baseado no equilíbrio da estrutura na configuração inicial ou indeformada (análise sob linearidade geométrica) e, em seguida, estimar os esforços solicitantes atuantes na configuração final ou deformada por meio de coeficientes majoradores. Por outro lado, a característica principal da análise geometricamente exata é verificar as condições de equilíbrio estrutural na configuração deformada e sem fazer nenhuma restrição quanto à magnitude dos deslocamentos e rotações ou, em outras palavras, observar o comportamento geometricamente exato (não linear) de maneira direta na configuração final de equilíbrio. Este trabalho propõe realizar um estudo comparativo entre um dos métodos de análise aproximada aquele baseado nos coeficientes B1 e B2, que é recomendado pela norma brasileira ABNT NBR 8800:2008 e um método baseado em análise geometricamente exata, de maneira a verificar as semelhanças e as diferenças entre os resultados. O aço é admitido como elástico. As ferramentas computacionais utilizadas são os programas FTOOL e PEFSYS, formulados segundo teorias de barras lineares e não lineares, respectivamente.

O método clássico é constituído por um conjunto de hipóteses relativas ao comportamento da estrutura. Dentro dessas proposições, é possível utilizar maneiras distintas de obter o campo dos esforços e o campo dos deslocamentos. A maneira mais tradicional se dá por meio dos Processos dos Esforços e dos Deslocamentos. No entanto, esses dois caminhos não encerram todas as alternativas. É neste sentido que se propõe o Processo Direto: além de ser considerado mais um procedimento de resolução de estruturas hiperestáticas nas hipóteses encerradas pelo método clássico, podem ser, por meio de suas equações, introduzidos os Processos dos Esforços e dos Deslocamentos. Este trabalho segue esta linha para a exposição do assunto, contendo em sua parte final, observações relativas à aplicação dos três processos.

Pontes são estruturas denominadas obras de arte ou obras especiais, utilizadas em rotas e vias de comunicação, possibilitando que veículos atravessem obstáculos naturais ou artificiais como, por exemplo, rios. Tais estruturas são calculadas e construídas considerando os esforços aos quais serão submetidas em serviço e sua distribuição na estrutura. Além disso, também existe a necessidade de se avaliar as frequências naturais de vibração para garantir a segurança das mesmas. No presente trabalho são analisados alguns problemas relacionados às vibrações de pontes e viadutos em grelha, resultantes das variações de rigidez e massa nessas estruturas. Essa análise foi feita considerando-se que vibrações excessivas não condizem com o conforto humano e durabilidade da ponte. Ademais, para a estrutura é interessante fugir do efeito de ressonância, que acontece quando a frequência de excitação coincide com uma das frequências naturais de oscilação do sistema. Essa condição faz o sistema vibrar em amplitudes cada vez maiores, podendo causar inclusive a ruína. Para estudar formas de sair de uma frequência natural não amortecida indesejada, foi realizada uma pesquisa paramétrica das características dinâmicas deste tipo de estrutura, modificando parâmetros como rigidez (pela distribuição de longarinas e de transversinas), massa (devido à alteração das dimensões) e danos estruturais causados durante a vida útil da estrutura. Com intuito de estudar diversos modelos, foram adotadas três diferentes situações de projeto: superestrutura com variadas alturas de longarinas e transversinas, da qual foi possível concluir que a altura da longarina tem mais impacto na frequência natural não amortecida da estrutura que a transversina; pequenos defeitos ou danos na estrutura e o efeito de uma longarina rompida para os quais foram comparadas suas frequências naturais não amortecidas. As análises foram realizadas pelo Método dos Elementos Finitos, utilizando-se o programa comercial SAP2000.

Neste trabalho se estuda o comportamento dinâmico não linear de um pórtico plano submetido à excitação não ideal de suportes, sendo isto aplicável a estruturas civis dele derivadas. Neste sentido, um edifício pode ser considerado uma justaposição de pórticos. Modelos físicos simples aplicáveis a estruturas civis ou mecânicas com grau de dificuldade crescente são resolvidos individualmente com a utilização das equações diferenciais de Lagrange para determinar as equações do movimento do sistema. A análise qualitativa de cada problema permite determinar os valores que os parâmetros físicos podem assumir. Cada modelo simples fornece um conjunto de parâmetros, que vão sendo utilizados progressivamente nas integrações numéricas. Em sistemas com fonte de energia limitada, ocorre uma interação entre o movimento da estrutura e da fonte de energia; matematicamente é acrescentada uma equação diferencial acoplada adicional ao correspondente sistema livre de excitações. No caso de pórticos planos de grande esbelteza, as cargas axiais induzem grandes deslocamentos, sendo importante considerar na estrutura a não-linearidade geométrica. Neste caso, uma discretização da estrutura precisa ser feita para identificar os graus de liberdade do sistema. Nas análises dos problemas, busca-se o regime permanente de trabalho, no qual as amplitudes da estrutura variam lentamente com o tempo e a fonte de energia trabalha com freqüência constante.

No que se refere as estruturas, apesar de os esforços resistentes de cálculo (força axial de compressão e momento fletor) em situação de incêndio estarem previstos nas prescrições normativas da ABNT, Eurocode, AISC e outros documentos pertinentes ao tipo de análise, o efeito da instabilidade local no esforço resistente das seções dos perfis \"I\" de aço soldados e laminados ainda não se encontra bem delineado em função da elevação de temperatura, sendo que as normas técnicas acabam superestimando o referido efeito, conduzindo a um dimensionamento antieconômico. Devido às vantagens associadas ao pequeno peso próprio e à eficiência de perfis \"I\" de aço, esbeltos, esses elementos são amplamente utilizados na construção civil. Entretanto, as regras atuais de dimensionamento em situação de incêndio das normas técnicas são imprecisas, podendo inviabilizar a utilização de perfis esbeltos para essa finalidade. A presente pesquisa teve como objetivo o estudo aprofundado do efeito da instabilidade local em perfis \"I\" de aço no dimensionamento em situação de incêndio. Foi realizada modelagem computacional via SAFIR, programa de computador de análise termestrutural, com base no Método dos Elementos Finitos (MEF), prospecção de resultados e comparação dos esforços resistentes advindos da aplicação das prescrições normativas àqueles obtidos via MEF. Para perfis de catálogos comerciais ou normatizados, os resultados obtidos permitem identificar que as normas técnicas ABNT NBR 14.323:2013 e Eurocode 3 Parte 1-2 são conservadoras para pilares na faixa de temperatura entre 600,00 ºC e 800,00 ºC e vigas na faixa de temperatura entre 400,00 ºC e 800,00 ºC, subestimando os resultados. Ademais, foi possível verificar que as normas técnicas não são conservadoras em geral, sendo que para algumas circunstâncias os resultados são satisfatórios ou até mesmo contra a segurança. Neste trabalho, mostrou-se a necessidade de aprimoramentos em termos de precisão nas normas técnicas vigentes no que se refere à instabilidade local em situação de incêndio.

Nos últimos anos, a protensão externa aplicada a estruturas de pontes tem evoluído de forma excepcional, o que permite maior liberdade de projeto e, consequentemente, possibilita o surgimento de novas tipologias estruturais. Um exemplo desse desenvolvimento é a ponte com protensão no extradorso, que começa a se difundir no meio técnico como uma transição econômica entre as pontes de concreto protendido e as estaiadas. A idéia, atribuída ao engenheiro francês Jacques Mathivat, consiste em utilizar protensão externa sobre os apoios intermediários, com o auxílio de pequenas torres. Neste trabalho é apresentada uma revisão bibliográfica ampla sobre os diversos tipos de pontes com emprego de protensão, visando focar nos aspectos importantes e que auxiliam no entendimento do comportamento estrutural das pontes com protensão no extradorso. É realizado, também, um estudo da flutuação de tensão nos cabos de protensão, com vistas à fadiga dos mesmos, que é um fator de extrema importância. Além disso, é realizado um vasto estudo paramétrico de diversos tipos de modelos estruturais, que têm por objetivo um aprofundamento da compreensão do comportamento estrutural das pontes com protensão no extradorso, sendo que, a partir da análise dos resultados obtidos, foram sugeridos alguns critérios de projeto.

Os perfis de aço formados a frio possuem até 3 modos de flambagem: local, distorcional e global. Essa diversificação torna muito complexa a verificação de esforços resistentes nesses perfis. Recorre-se, então a métodos simplificados e interativos, com o intuito de fornecer ao engenheiro civil ferramentas que sejam práticas e apresentem um bom resultado. Métodos numéricos, como o MFF (métodos das faixas finitas), apesar de serem mais precisos, não são ainda, de uso corrente em projetos. O enfoque principal deste trabalho são as normas brasileiras de perfis formados a frio NBR 14762:2001 “Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio" e NBR 6355:2003 “Perfis estruturais de aço formados a frio - Padronização". Comparam-se as tabelas D1 e D2 na NBR14762:2001, referentes à flambagem distorcional, a resultados calculados por meio do processo recomendado pela norma. Verificaram-se quais perfis padronizados pela NBR 6355:2003 dispensam a verificação da resistência por distorção da seção transversal. Uma análise geral de perfis de aço formados a frio, a fim de identificar aqueles que possuem melhor eficiência (perfis que resistem esforços mais elevados com menor área da seção transversal) também é feita. Para a realização desta pesquisa foi desenvolvido um programa de computador.

Os problemas de engenharia atualmente têm aumentado a sua ordem de grandeza, por conta de diversos fatores. A modelagem em ambiente computacional dos mesmos esbarra em limitações, como grandes quantidades de tempo de processamento gastos com diversas simulações da modelagem e a pouca quantidade de memória disponível para alocar propriamente os problemas. A resolução de grandes sistemas de equações lineares, comumente abordado nos problemas atuais de engenharia, necessita da exploração das duas situações mencionadas anteriormente. A subárea computacional que permite explorar a redução do tempo e a possibilidade de alocação na memória de tais problemas é chamada de computação de alto desempenho. O objetivo deste trabalho é ilustrar o uso de softwares de resolução de sistemas de equações lineares, chamados de solvers, projetados para os ambientes computacionais de alto desempenho, testando-os e avaliando-os em um conjunto de matrizes conhecido, bem como abordar os detalhes computacionais envolvidos em tais procedimentos.

Este trabalho apresenta um modelo para a verificação do trem-tipo de projeto de pontes e viadutos da norma brasileira a partir do tráfego real nas estradas. Inicialmente, apresenta-se a comparação da carga móvel da norma brasileira com o Eurocode e com as normas da AASHTO. Em seguida, apresenta-se o estado da arte no Brasil e no mundo em pesquisas na área de cargas móveis em pontes. Propõe-se um modelo de verificação do trem-tipo baseado em simulações das passagens e cargas de veículos, através do método de Monte Carlo. São utilizados dados de pesagem e de quantidades de veículos provenientes de uma rodovia concedida à iniciativa privada no interior paulista. São efetuadas análises de pontes celulares com diversos vãos, de 30 a 200 metros, sendo estudados os momentos fletores no meio do vão e forças cortantes adjacentes aos apoios, em obras isostáticas, e momentos fletores no apoio central de pontes contínuas de dois vãos. É dada maior ênfase às situações de congestionamento sobre a ponte, e são efetuadas extrapolações estatísticas para a obtenção dos esforços característicos, levando-se em conta as diferentes situações de tráfego possíveis. Por fim, é feita uma extensão ao estudo das grelhas, utilizando-se linhas de influência transversais em ponte com vão de 30 metros, sem transversinas intermediárias.

As estruturas pneumáticas, estruturas de membrana compostas e estabilizadas por um sistema de pressão e tensões de tração, são utilizadas devido à sua funcionalidade, custo benefício e diferentes formas que elas podem adquirir. Em se tratando de estruturas que necessitam de análises não lineares, é necessário o emprego de métodos computacionais na realização do projeto e análise estrutural dessas estruturas. Existem alguns programas que podem ser utilizados para essa modelagem, sendo que a grande maioria utiliza como procedimento de solução o Método dos Elementos Finitos (MEF). Dentro desse contexto, o programa SATS (Structural Analysis of Taut Structures) foi desenvolvido dentro do software Matlab® por Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti e Daniel Mariani Guirardi (2006) para o cálculo e análise de tensoestruturas. Com isso, foi implementado nesse programa o acoplamento pressão-volume, dado pela lei de Boyle-Mariotte, de forma a avaliar qual a relevância de se efetuar essa consideração na análise de estruturas pneumáticas; implementou-se também a formulação referente ao enrijecimento da estrutura devido à pressão interna, ou seja, rigidez volumétrica, de forma a verificar se essa parcela ajudava na convergência desse tipo de problema. Assim, de modo a conferir as implementações e considerações mencionadas anteriormente, foram realizados quatro principais modelos e concluiuse que, para estruturas pneumáticas de pequeno porte, é muito importante se considerar a lei de Boyle-Mariotte para a análise estrutural, já que foram encontradas diferenças de aproximadamente 50% quando comparando esses resultados com os do caso onde se considera a pressão interna constante; já para estruturas de grande porte, verificou-se que a consideração da pressão interna constante dá boas aproximações dos resultados quando considerando essa variando conforme a lei de Boyle-Mariotte. Quanto à parcela de rigidez volumétrica, constatou-se que essa não melhora o tempo de convergência dos modelos e nem diminui o número de iterações total da análise, mas aumenta a influência da matriz de rigidez externa.

Neste trabalho desenvolveu-se um método para análise de estruturas planas em concreto armado, em que considerou-se os efeitos de segunda ordem e da fluência. Foi utilizado o método dos elementos finitos (MEF) com elemento de barra com seis graus de liberdade, formulado com as hipóteses da teoria de viga Bernoulli-Euler, com seção transversal subdividida em lamelas. A não linearidade geométrica é representada pela descrição corrotacional para grandes deslocamentos e rotações e pequenas deformações. O efeito viscoelástico para prever a fluência no concreto é obtido pelo modelo de Maxwell em camadas, calibrado a partir de funções de fluência fornecidas por normas. Uma análise envolvendo o modelo desenvolvido em plataforma MATLAB pode ser dividida em duas etapas: na primeira busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo e na segunda o comportamento é dependente do tempo. Inicialmente fizeram-se comparações com alguns resultados disponíveis na literatura a fim de avaliar o comportamento do modelo implementado. Por fim, foi feita a análise de um modelo reduzido. Esse modelo consistiu em um pórtico moldado em microconcreto armado, que foi instrumentado com sensores elétricos para medir suas deformações e deslocamentos. O pórtico foi ensaiado na idade de trinta e três dias e monitorado durante cento e vinte e cinco dias. A partir dos resultados analisados por este aplicativo, concluiu-se que o mesmo é capaz de fazer análise não linear física e geométrica de estruturas planas em concreto armado, considerando a fluência. Os resultados de previsão de fluência fornecidos pelo programa para elementos de concreto armado submetidos à força axial são muito próximos dos resultados experimentais de Kataoka (2010). No entanto, para a análise do pilar do pórtico, que corresponde a um caso de flexo-compressão, houve uma diferença significativa, pois a análise numérica gerou curvaturas maiores do que as experimentais. Em relação aos resultados monitorados foi observado que a umidade tem grande influência nas deformações medidas.

Este trabalho apresenta uma metodologia de análise da heterogeneidade do concreto a partir de modelos computacionais desenvolvidos com o método de Galerkin livre de elementos. Esse método se caracteriza pela discretização de um domínio de interesse por um conjunto de partículas sem que exista explicitamente uma malha de elementos no sentido convencional. O objetivo é a previsão das propriedades mecânicas macroscópicas do material resultante a partir das fases individuais e do arranjo geométrico. O concreto foi admitido, na escala mesoscópica, como um composto formado por inclusões (agregado graúdo) imersas em uma matriz (argamassa). Para a simulação foi desenvolvida uma formulação multiregiões onde se admitiu que cada agregado e a argamassa são domínios distintos interligados nas suas interfaces. Para isto foram utilizadas técnicas de subdivisões do domínio (elemento representativo) ao ponto que os seus comportamentos mecânicos não foram comprometidos. Para simular o processo das perdas de rigidez com a formação da fissuração no concreto foi admitido o efeito da mecânica do dano contínuo através do modelo de Mazars. Para as análises foram desenvolvidos modelos computacionais bidimensionais e tridimensionais da heterogeneidade do concreto. A geometria dos agregados foi aproximada por circunferências e elipses no caso 2D e por esferas e elipsoides no caso 3D. Como conclusão a metodologia de multiregiões com o método de Galerkin livre de elementos foi satisfatória e os modelos apresentaram caminhos preferenciais de ruptura adequados durante a evolução da danificação.

Risers são tubos que transportam fluidos do fundo do mar até as plataformas flutuantes e vice-versa. Diversas configurações e materiais são utilizados, porém apenas os steel catenary risers (SCR) são estudados neste trabalho. Os risers são estruturas extremamente esbeltas e, por isso, grande parte de seu trecho suspenso tem comportamento de cabo. Apenas em duas regiões a rigidez flexional é relevante: no hang-off (topo) e na touch-down zone (TDZ), sendo esta última a região mais complexa para análise devido ao contato unilateral com o solo. Em função dos diversos carregamentos dinâmicos a que o riser é submetido, grandes variações na curvatura ocorrem na TDZ, além de impacto e atrito com o solo, que podem reduzir a vida útil da estrutura ou até mesmo por em risco a sua integridade. Por estas razões, este trabalho visa à elaboração de uma metodologia analítica para a construção de um modelo de ordem reduzida (MOR) capaz de analisar o comportamento dinâmico não linear da TDZ de um SCR. Como na TDZ a rigidez flexional predomina sobre a rigidez geométrica, o riser é modelado como uma viga semi-infinita, tendo uma parte suspensa e outra apoiada sobre solo hipoteticamente elástico com contato unilateral. Na extremidade suspensa são impostos deslocamentos verticais e trações dinâmicas que fazem com que a posição do touch-down point (TDP) também varie com o tempo. Trata-se, portanto, de um problema com condições de contorno móveis. A metodologia adotada para a resolução deste problema foi transformá-lo em um problema de condições de contorno fixas por meio de uma transformação de variáveis. Contudo, paga-se um preço por tal transformação, e fortes não linearidades surgem na equação diferencial de movimento, tornando-a extremamente complexa para uma resolução analítica direta. Para o problema de flexão simples, consegue-se obter os modos de vibração não lineares através do método das múltiplas escalas. De posse destes modos, utiliza-se o método de Galerkin não linear para projetar a equação completa em um modo escolhido, transformando o modelo contínuo em um modelo de ordem reduzida com apenas um grau de liberdade, cuja coordenada generalizada modal é o deslocamento horizontal do TDP. Obtida a equação do MOR, nota-se que existem coeficientes que variam com o tempo, como na clássica equação de Mathieu, indicando a possibilidade de ocorrer ressonância paramétrica. Neste tipo de ressonância, entre outras possibilidades, pode ocorrer que a frequência de excitação seja o dobro da frequência natural trata-se da ressonância paramétrica principal. A equação do MOR é integrada numericamente e suas respostas são comparadas com as respostas obtidas por modelos de elementos finitos elaborados em softwares comerciais, como o Abaqus e o Orcaflex. Por fim, discutem-se as potencialidades e limitações do MOR, sendo uma grande vantagem a possibilidade de processar diversos casos facilmente, variando os parâmetros que influem nas respostas. Com este mapeamento das respostas, é possível estimar as amplitudes dos estados estacionários pós-críticos.

Neste trabalho o comportamento sísmico das partes internas de um equipamento de proteção ambiental é estudado. O equipamento, um precipitador eletrostático, é composto basicamente de uma grande caixa de metal elevada, que contem eletrodos positivos e negativos responsáveis pela coleta de material particulado no fluxo de gases industriais. Esses componentes se comportam como pêndulos. No modelo foram considerados os deslocamentos sísmicos horizontais em duas direções ortogonais. De especial interesse está o fato de os eletrodos terem a liberdade de oscilar no plano de uma direção, mas não no seu plano perpendicular. Serão analisados quatro modelos com um, dois, três graus de liberdade, e um com três graus de liberdade linearizado. O modelo mais completo considera como graus de liberdade e coordenadas generalizadas os dois deslocamentos horizontais, e o deslocamento angular do pendulo. Foi adotada a formulação Lagrangeana para derivar as equações de movimento do modelo. As equações diferenciais do movimento de segunda ordem obtidas apresentam um comportamento não linear. Os movimentos sísmicos, que são estocásticos por natureza, serão simulados por meio de um registro sísmico existente, arbitrariamente escolhido. A obtenção dos parâmetros do modelo a ser estudado é de especial interesse para a melhor previsão do comportamento do equipamento quando solicitado a esforços sísmicos. A integração numérica do modelo matemático é efetuada, sendo posteriormente realizados comparativos entre as respostas dos modelos, quando submetidos tanto a vibração livre, como a um sismo real já registrado, arbitrário.

O presente trabalho faz uma comparação entre resultados obtidos por um método prático e simplificado e o Método dos Elementos Finitos na determinação de esforços solicitantes em pontes celulares curvas em planta, submetidas à protensão. Na primeira parte, teórica, apresenta-se os conceitos fundamentais das vigas celulares curvas, mostrando-se principalmente as diferenças de seu comportamento em relação ao das vigas retas. Em seguida discute-se a protensão de peças de concreto com ênfase no seu efeito em vigas curvas. Finalmente, são apresentados os métodos a serem utilizados no cálculo, percorrendo as diversas situações de carregamento, mas sempre enfatizando o carregamento de protensão. Na segunda parte, prática, é elaborado um estudo comparativo, tomando-se como exemplo duas pontes rodoviárias em viga unicelular, sendo uma biapoiada e outra contínua, submetidas a protensão. Após a construção de modelos, tais vigas são processadas através de um programa comercial de elementos finitos. Alguns resultados são então comparados com aqueles obtidos através do método simplificado, elaborando-se assim observações práticas e que possam ser utilizadas nos projetos corriqueiros de engenharia.

O presente trabalho se propôs a estudar os esquemas estruturais alternativos para pontes esconsas e avaliar as modelagens matemáticas possíveis através de softwares especializados, como o SAP2000 e STRAP2010, a fim de identificar as melhores soluções e modelos para cada caso. O objetivo foi o de aprimorar os modelos de cálculo, especialmente no que diz respeito à previsão das reações de apoio e das forças cortantes, ponto mais delicado de obras esconsas. O estudo baseou-se em soluções de superestrutura em laje e em grelha, com ou sem transversinas, com esconsidade variável entre zero e sessenta graus, eixo longitudinal reto, modeladas por barras e elementos finitos. Não foi objeto deste estudo a influência da meso e da infraestrutura dessas pontes nos esforços na superestrutura.

O dimensionamento de Regiões D (regiões em que não é aplicável a Hipótese de Bernoulli), embora amplamente estudado e discutido, é um tópico ainda em desenvolvimento e com normatização relativamente escassa. Os métodos mais comumente empregados são o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método de Bielas e Tirantes (MBT). A dissertação expõe a base teórica e a metodologia dos dois métodos no dimensionamento de estruturas de concreto armado ao Estado Limite Último e aborda a utilização da otimização, em especial da otimização topológica, na definição dos modelos para o MBT. Metodologias para a aplicação dos dois métodos são propostas e aplicadas a exemplos práticos de Regiões D com recomendações normativas específicas para seu dimensionamento (consolo e viga parede biapoiada) e também a uma viga parede de geometria complexa, os resultados através de diferentes técnicas de dimensionamento são comparados e discutidos, assim como a utilização da otimização como meio de obtenção de modelos.

This work presents a numerical strategy developed using the Finite Element Method (FEM) to simulate the failure process of Steel Fiber Reinforced Cementitious Composites (SFRCCs). The material is described as a composite made up by three phases: a cementitious matrix (paste, mortar or concrete), discrete discontinuous fibers, and a fiber-matrix interface. A novel coupling scheme for non-matching finite element meshes has been developed to couple the independent generated meshes of the bulk cementitious matrix and a cloud of discrete discontinuous fibers based on the use of special finite elements developed, termed Coupling Finite Elements (CFEs). Using this approach, a nonrigid coupling procedure is proposed for modeling the complex nonlinear behavior of the fiber-matrix interface by adopting an appropriate constitutive damage model to describe the relation between the shear stress (adherence stress) and the relative sliding between the matrix and each fiber individually. This scheme has also been adopted to account for the presence of regular reinforcing bars in the analysis of reinforced concrete structural elements. The steel fibers are modeled using two-node finite elements (truss elements) with a one-dimensional elastoplastic constitutive model. They are positioned using an isotropic uniform random distribution, considering the wall effect of the mold. Continuous and discontinuous approaches are developed to model the brittle behavior of the bulk cementitious matrix. For the former, an isotropic damage model including two independent scalar damage variables for describing the composite behavior under tension and compression is considered. The discontinuous approach is based on a mesh fragmentation technique that employs degenerated solid finite elements in between all regular (bulk) elements. In this case, a tensile damage constitutive model, compatible with the Continuum Strong Discontinuity Approach (CSDA), is proposed to predict crack propagation. To increase the computability and robustness of the continuum damage models used to simulate the failure processes in both of the strategies, an implicit-explicit integration scheme is used. Numerical analyses are performed throughout the presentation of the work. Initially, numerical examples with a single reinforcement are presented to validate the technique and to investigate the influence of the fibers geometrical properties and its position relative to the crack surface. Then, more complex examples involving a cloud of steel fibers are considered. In these cases, special attention is given to the analysis of the influence of the fiber distribution on the composite behavior relative to the cracking process. Comparisons with experimental results demonstrate that the application of the numerical tool for modeling the behavior of SFRCCs is very promising and may constitute an important tool for better understanding the effects of the different aspects involved in the failure process of this material.

O trabalho apresenta uma metodologia para a simulação de abertura e fechamento de trinca, durante o processo de propagação, utilizando um programa comercial de elementos finitos. Este programa é utilizado para determinar os fatores de intensidade de tensão de abertura e fechamento de trinca. É apresentado o modelo de Newman que serve de embasamento para o desenvolvimento da metodologia de liberação de nós na carga mínima, utilizada no trabalho para a propagação da trinca. São avaliados quatro tipos de corpos de prova SE-(B) (corpo de prova de três pontos de apoio submetido a flexão), SE-(T)(corpo de prova com trinca lateral submetido a tração), M-(T) (corpo de prova com trinca central submetido a tração) de uma liga de alumínio Al 2024-T351 e um aço bifásico ( ferrita + martensita). Um corpo de prova do tipo C-(T) (corpo de prova compacto submetido a tração) de aço bifásico também foi avaliado. Os corpos de prova SE-(B), SE-(T) e M-(T) da liga de alumínio Al 2024-T351 foram submetidos a carregamentos de amplitude constante, com razões de carga R = 0 e R = 0,5. Os resultados das análises são comparados com resultados do código FASTRAN, principal código numérico utilizado para simular abertura e fechamento de trinca por plasticidade induzida, através de uma normalização dos fatores de intensidade de tensão máxima e de abertura da trinca. Os resultados numéricos com o corpo de prova C-(T) submetido a carregamento de amplitude constante, com razão de carga R = 0,1 foram comparados com resultados de ensaio, objetivando validar o fator de intensidade de fechamento de trinca obtido através da análise numérica. Essa comparação é feita através de normalização numérica e experimental do fator de intensidade de tensão de fechamento de trinca com o fator de intensidade de tensão máxima. A metodologia de simulação de propagação de trincas, já aplicada na industria aeronáutica, pode ser aplicada em outras áreas como, por exemplo, na indústria automotiva, uma vez que o consumidor está cada vez mais exigente e o desenvolvimento de novos critérios de projeto se faz necessário.