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Neste trabalho, estudam-se problemas bidimensionais de propagação de ondas acústicas e elásticas, no domínio da freqüência, formulados através do Método dos Elementos de Contorno. A formulação é baseada nas representações integrais das equações diferenciais que governam os fenômenos de propagação de ondas acústicas num meio fluido e de ondas elásticas numa estrutura elástica. Analisa-se também a interação entre o fluido e a estrutura com o uso de sistemas de equações acoplados. As soluções fundamentais utilizadas são expressões exatas e não há necessidade de subdivisão dos domínios em células de integração. São aplicadas técnicas de integração alternativas na escolha das equações algébricas no domínio do fluido, visando a melhora das respostas globais do conjunto. Apresentam-se ainda exemplos numéricos, com o objetivo de possibilitar a modelagem numérica de problemas de acoplamento fluido-estrutura e de radiação e difusão acústica.

Observa-se no cenário mundial uma crescente tendência da construção de edifícios de aço. Assim, procurando encontrar a forma mais econômica para a construção, os edifícios projetados estão cada vez mais altos e seus elementos, vigas e pilares, formados por perfis cada vez mais leves. Com isso, são necessários estudos mais avançados para buscar um modelo estrutural que represente o comportamento real dessas estruturas. Este trabalho tem como objetivo discutir e propiciar uma melhor compreensão dos modelos e técnicas de análise estrutural aplicado aos edifícios de aço dando ênfase à influência das ligações. Foi realizado um aprimoramento dos modelos numéricos tridimensionais de ligações de aço e mistas. Foram analisadas três diferentes geometrias de edifícios considerando as não linearidades geométrica e do material, diferentes formas de representação das ligações, consideração das imperfeições geométricas iniciais e imperfeições iniciais de material. Estas análises foram feitas em modelos bidimensionais e tridimensionais. Observou-se grande diferença nos valores de esforços solicitantes e deslocamentos laterais quando a forma de consideração do comportamento semi-rígido das ligações foi variada.

A combinação de perfis de aço e concreto, simples ou armado, em elementos estruturais procura associar as vantagens que cada um dos materiais pode oferecer, tanto em termos de capacidade portante, quanto em termos construtivos. Quando submetidos à ação do fogo os elementos estruturais têm suas propriedades mecânicas, ao exemplo da resistência e da rigidez, reduzidas. Atualmente, os códigos normativos já contemplam a ação do fogo no dimensionamento de pilares mistos parcialmente revestidos, mas os considera somente isolados, com aquecimento em suas quatro faces e sem interação dos mesmos com a estrutura circundante. Nesse contexto, a presente pesquisa se insere no âmbito da investigação de propostas numéricas, com o auxílio do código computacional ABAQUS, voltadas aos pilares mistos de aço e concreto parcialmente revestidos, isolados e inseridos em paredes, com a consideração de restrições térmicas nas extremidades, e submetidos à ação do fogo. As análises em contexto térmico constataram redução da temperatura do pilar quando revestidos com concreto, devido às propriedades térmicas deste material. Nas análises em contexto termoestrutural, verificou-se que, ao considerar a parede no comportamento termoestrutural dos pilares mistos a partir da inserção de molas axiais na direção axial das paredes, os resultados numéricos tornaram-se mais próximos de resultados experimentais de referência. Adicionalmente, foi possível verificar que a contribuição da parede no comportamento termoestrutural dos pilares mistos é menor quando comparado com os pilares de aço em relação a rigidez do sistema quando em situação de incêndio. Além disso, análises a respeito da influência do fator de carga e do nível de restrição rotacional e axial na resistência ao fogo também foram realizadas. O nível de carregamento, quando aumentado, influenciou negativamente todos os pilares desta pesquisa. Sobre a rigidez rotacional, ela pouco influenciou a resistência ao fogo na maior parte dos casos e, quando influenciava, observa-se resultado benéfico. Em relação à elevação da restrição axial, essa afetou o tempo crítico dos pilares mistos para a maior parte dos casos analisados.

Nowadays, the representation of reinforcement bars in composite materials, such as the reinforced concrete, is an important role that needs to be properly evaluated in numerical analysis with the finite element method. For this reason, researches that supply useful information about different ways to represent such reinforcements has commonly been explored. The matrix and fibers terminology is frequently adopted in numerical research to refers to the two materials: concrete and steel, respectively. Currently, only bars with the uniaxial stiffness have been assumed to the analysis of the reinforced concrete. However, some structures, in which the collapse mechanism is related to the dowel action phenomenon, must be evaluated with fibers represented by finite elements that take into account the uniaxial, flexural and shear stiffnesses. The use of frame finite element is an option to the solution of this problem. In this context, this research addresses a computational code using FEM with positional formulation approach to simulate the structures mentioned with embedded bar formulation. Thus, this code enables the analysis of structural elements whose shear effects in the fibers produce a global relevant behavior. The physical nonlinearities for the matrix and fibers elements are taken into account to better discuss the effects of such additional stiffnesses. The one-dimensional and plane-stress plasticity theories are studied and implemented in the developed code, being used by the bar and the frame elements, respectively. Two damage models related to the smeared crack models approach are suggested to represent the degradation of the matrix elements. Several examples are explored to investigate the theory proposed. It is showed that for the analysis of structures in which the shear mechanism is not a preponderant effect the consideration of the fiber with additional flexural and shear stiffnesses produce similar results when compared with analysis performed by fibers with only uniaxial stiffness. However, for the cases in which the dowel action is significant, a more appropriate analysis is carried out when the fiber elements present such additional stiffnesses.

A norma brasileira NBR 7190 passa por reformulação e adequação na forma de classificação mecânica das madeiras, principalmente para a utilização estrutural das espécies exóticas mais cultivadas no país: o eucalipto e o pinus. A crescente demanda por estas madeiras para composição estrutural evidencia a necessidade de métodos de classificação eficientes e seguros. A versão normativa atual, do ano de 1997, não dispõe de um método de classificação visual e mecânica para peças estruturais com defeitos. Por isto, esta pesquisa tem por objetivo principal estabelecer uma tabela de classes de resistência para a madeira serrada de pinus spp., a partir de análises realizadas com um lote de 1489 peças em dimensões estruturais. Foram utilizadas normas internacionais como base, as quais já vem sido discutidas no escopo do PN-02-126.10-001-1- Madeiras – Critérios de classificação visual e mecânica de peças estruturais de madeira. Além disso, foram avaliados parâmetros industriais não destrutivos, comparados e correlacionados com testes laboratoriais, a fim de avaliar o scanner Golden Eye 706 e propor um algoritmo de classificação por métodos não destrutivos. Para tanto, foram criados modelos estatísticos e um protocolo de classificação a partir destes resultados. Os resultados obtidos revelam que a madeira de pinus spp. avaliada possui baixa a média densidade e classes de resistência modestas quando comparada com outras tabelas de classes disponíveis em normas internacionais. Dentre os parâmetros não destrutivos avaliados, o módulo de elasticidade obtido pelo método de vibrações longitudinais foi a propriedade que melhor se ajustou para a classificação, embora a dimensão dos nós e a classificação visual também influenciem diretamente na resistência das peças.

Neste trabalho, um abrangente modelo de dano dúctil é deduzido para a análise não linear estática e dinâmica de estruturas treliçadas. O modelo é acoplado a uma formulação em Elementos Finitos Posicional (MEF Posicional) usando a medida de deformação logarítmica para lidar com grandes deslocamentos e grandes deformações. Ademais, a formulação proposta é combinada à confiabilidade estrutural para avaliar os caminhos de falha das estruturas treliçadas sujeitas ao colapso progressivo. Tal modelo captura a degradação mecânica em termos de variação de porosidade devido ao crescimento e coalescência de microcavidades e microfissuras no material. Usando o modelo proposto, a evolução da degradação mecânica cresce continuamente até que seja alcançado o dano crítico do material, conforme a pressuposição apontada pela comunidade científica. Isso implica que, em aplicações numéricas, a utilização do modelo proposto não acarreta instabilidade numérica na matriz Hessiana, uma vez que o módulo tangente vai tender ao valor obtido via curva experimental, diferentemente dos modelos apresentados na literatura, os quais conduzem a valores de módulo tangente que tendem a zero. A formulação proposta fornece um excelente ajuste para curvas de tensão vs: deformação de onze materiais diferentes, registrando o endurecimento, o amolecimento e a falha do material. Nas aplicações ao concreto, o modelo proposto resulta em uma melhor aproximação para os resultados experimentais em comparação com modelos da literatura. Por fim, a formulação proposta apresenta boa convergência dos resultados para a análise da trajetória de equilíbrio de estruturas treliçadas sob colapso progressivo considerando a não linearidade física e geométrica.

Neste trabalho foi desenvolvida uma formulação para análise de sólidos bidimensionais constituídos por multiregiões utilizando-se do método dos elementos de contorno para análise linear e não linear. Para o caso de análise linear foi estudado o caso de regiões constituídas por sub-regiões de diferentes características mecânicas, utilizando-se técnicas que inicialmente consideram a compatibilidade de deslocamentos e o equilíbrio de forças na interface entre as sub-regiões, antes de se escrever as equações de equilíbrio. Inicialmente foi feita uma formulação, chamada neste trabalho de formulação singular, onde leva-se em conta apenas os deslocamentos incógnitos na interface e, posteriormente, foi desenvolvida outra formulação denominada hipersingular, onde são preservadas na interface apenas as forças de superfície. Para inclusões muito esbeltas, foi utilizada a técnica da condensação de domínios, onde o domínio 2D foi condensado inicialmente em um domínio linear de fibra e posteriormente em viga. Foi utilizada a discretização de inclusões muito esbeltas com rigidez quase nula visando a simular o comportamento de uma região de fratura elástica. A formulação foi estendida para análise não linear. A técnica das tensões iniciais foi adotada para modelar o sólido com regiões danificadas. Foi adotada a degeneração de inclusões muito esbeltas, que obedecem as leis constitutivas não lineares da mecânica do dano, simulando a origem de uma região de fratura. Para se melhorar a precisão das integrais, foi adotada a integração analítica sobre todo contorno e também sobre o domínio. Foram testados vários exemplos para validar os modelos propostos.

O Brasil, um país de dimensões continentais e inúmeros rios em seu território, tem uma enorme carência de pontes para pequenos e médios vãos. Atualmente, a elevada produção de madeira de reflorestamento traz à engenharia uma opção de material renovável e ecologicamente correto para se utilizar em prol do ser humano nas obras de infraestrutura, mais especificamente na construção de pontes, uma vez que a madeira possui ótimo desempenho quando sujeita a cargas de curta duração. A utilização de Madeira Laminada Colada (MLC) permite a fabricação de peças de grandes dimensões, com excelente estabilidade, e com elevado controle de qualidade, proporcionando segurança e confiabilidade à estrutura. Este trabalho tem como objetivo o estudo teórico de pontes em vigas de MLC e tabuleiros em painéis de MLC utilizando procedimentos desenvolvidos por pesquisadores internacionalmente renomados e adequando estes procedimentos para as normas e condições brasileiras. Apresentam-se neste trabalho tabelas para pré-dimensionamento deste tipo de ponte para vãos de 8m a 20m para TB-30 e TB-45. Além disso, analisam-se numérica e experimentalmente os ganhos de rigidez e redução de deslocamentos relativos proporcionados pela utilização de vigas de enrijecimento, bem como a influência da seção destas vigas e a quantidade de parafusos utilizados para interligar ao tabuleiro. Por fim, apresentam-se algumas disposições construtivas não estruturais fundamentais para o bom funcionamento deste tipo de estrutura.

O tabuleiro laminado protendido é uma composição de peças interligadas por uma tensão de compressão aplicada perpendicularmente às lâminas de madeira. Para aplicar tal tensão, são usados elementos de aço tensionados e a cordoalha engraxada aparece no cenário atual como um material econômico para tabuleiros laminados protendidos, em substituição às barras dywidag, que são comumente utilizadas neste tipo de estrutura em outros países. O funcionamento mecânico do tabuleiro é caracterizado como uma placa ortotrópica, e este trabalho visou determinar as relações entre as constantes elásticas do tabuleiro com a utilização da cordoalha engraxada. Foram analisadas também as perdas de protensão ocorridas ao longo do tempo, causadas pela fluência e relaxação dos materiais e, a partir dos resultados, foi proposta uma equação para determinação teórica da perda de protensão nos tabuleiros. O estudo experimental foi realizado em um modelo em escala reduzida construído no LaMEM (Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira) para determinar as constantes elásticas e as perdas de protensão. Ao fim do trabalho são apresentados os resultados e comparações com estudos anteriores; também foi confeccionado um Manual de Boa Execução para Tabuleiros Laminados Protendidos de Madeira com Cordoalha engraxada.

A reação álcali-sílica é uma patologia de origem química que ocorre em estruturas de concreto. A partir desta reação há a formação de um gel de álcali-sílica que em contato com a água provoca expansão e deformação da estrutura. Esta patologia traz muitos transtornos e prejuízos, principalmente em obras que estão em contato direto com a água (barragens, pontes, piers, etc) e a possibilidade de prever o comportamento e deformações em uma estrutura desse porte é de grande valia. Neste trabalho é feita a modelagem da percolação d\'água em meio poroso por meio do método dos elementos finitos, sem movimentação de malha e fazendo uso de função Heaviside contínua para a percolação. A modelagem da reação álcali-sílica é feita por meio de um modelo paramétrico, com alteração para contemplar regimes não uniformes de umidade e sua interferência na taxa de expansão. A modelagem do campo mecânico é feita pelo Método dos Elementos Finitos Posicional.

A corrosão de armaduras é uma das causas mais comuns de degradação mecânica em estruturas em concreto armado. Esse processo leva à redução da vida útil e, consequentemente, a prejuízos econômicos. Desse modo, o presente trabalho visa contribuir com a análise dos fenômenos associados à degradação mecânica do concreto armado sujeito a processos corrosivos devido à carbonatação e à ação de cloretos. Para tal finalidade, modelos analíticos baseados na segunda lei de Fick são usados para quantificar a difusão de CO2 e de íons cloreto no concreto, os quais permitem determinar o tempo de início da corrosão. A degradação mecânica de estruturas em concreto armado é considerada por meio de um modelo em dano concentrado que contempla perda da rigidez, redução da área de aço e da tensão de escoamento de armaduras devido ao processo corrosivo. A formulação de dano concentrado foi modificada de forma a incluir uma variável de estado de corrosão e uma lei de evolução da corrosão, baseada em equações semi-empíricas disponíveis na literatura. Essas equações determinam a redução no diâmetro das armaduras e a perda da capacidade resistente do aço. O problema da corrosão é formulado como um processo estocástico sendo resolvido por meio do método de simulação de Monte Carlo para dois exemplos: uma viga isostática e um pórtico plano com grau de hiperestaticidade igual a três. A formulação da equação de estado limite é baseada em um valor de dano aceitável. Curvas de probabilidade de início da corrosão e de probabilidade de falha da estrutura são obtidas ao longo de 50 anos. No caso da estrutura hiperestática, o caminho mais provável de falha, também chamado de caminho crítico, é determinado. Observa-se que o processo corrosivo provoca mudanças no caminho crítico, e portanto, deve ser considerado nas análises de reparo estrutural. Mapas de dano e de probabilidade de falha foram desenvolvidos para mostrar as mudanças no comportamento estrutural devido à corrosão.

O presente trabalho trata da formulação e implementação de modelos numéricos baseados no Método dos Elementos de Contorno (MEC). Inspirando-se em problemas de engenharia, uma abordagem multidisciplinar é proposta como meio de representação numérica mais realista. Há materiais de uso corrente na engenharia que possuem resposta dependente do tempo. Nesta tese os fenômenos dependentes do tempo são abordados por meio da Mecânica Viscoelástica Linear associada a modelos reológicos. Neste trabalho, se apresenta a dedução do modelo constitutivo de Maxwell para ser utilizado via MEC. As equações deduzidas são verificadas em problemas de referência. Os resultados mostram que a formulação deduzida pode ser utilizada para representar estruturas compostas, mesmo em casos envolvendo uma junção entre materiais viscoelásticos e não viscoelásticos. Adicionalmente as formulações apresentadas se mantém estáveis na presença de fissuras de domínio e bordo. Verifica-se que a formulação clássica dual pode ser utilizada para simular o comportamento de fissuras com resposta dependente do tempo. Essa constatação serve de base para maiores investigações no campo da Mecânica da Fratura de materiais viscoelásticos. Na sequência, mostra-se como o MEC pode ser aliado a conceitos probabilísticos para fazer estimativas de comportamentos a longo prazo. Estas estimativas incluem as incertezas inerentes nos processos de engenharia. As incertezas envolvem os parâmetros materiais, de carregamento e de geometria. Por meio do conceito de probabilidade de falha, os resultados mostram que as incertezas relacionadas às estimativas das cargas atuantes apresentam maior impacto no desempenho esperado a longo prazo. Esta constatação serve para realizar estudos que colaborem para a melhoria dos processos de concepção estrutural. Outro aspecto de interesse desta tese é a busca de formas otimizadas, por meio da Otimização Topológica. Neste trabalho, um algoritmo alternativo de otimização topológica é proposto. O algoritmo é baseado no acoplamento entre o Método Level Set (MLS) e o MEC. A diferença entre o algoritmo aqui proposto, e os demais presentes na literatura, é forma de obtenção do campo de velocidades. Nesta tese, os campos normais de velocidades são obtidos por meio da sensibilidade à forma. Esta mudança torna o algoritmo propício a ser tratado pelo MEC, pois as informações necessárias para o cálculo das sensibilidades residem exclusivamente no contorno. Verifica-se que o algoritmo necessita de uma extensão particular de velocidades para o domínio a fim de manter a estabilidade. Limitando-se a casos bidimensionais, o algoritmo é capaz de obter os conhecidos casos de referência reportados pela literatura. O último aspecto tratado nesta tese retrata a maneira pela qual as incertezas geométricas podem influenciar na determinação das estruturas otimizadas. Utilizando o MEC, propõe-se um critério probabilístico que permite embasar escolhas levando em consideração a sensibilidade geométrica. Os resultados mostram que os critérios deterministas, nem sempre, conduzem às escolhas mais adequadas sob o ponto de vista de engenharia. Assim, este trabalho contribui para a expansão e difusão das aplicações do MEC em problemas de engenharia de estruturas.

Este trabalho apresenta um modelo numérico para a análise da propagação de fissuras em estruturas bidimensionais não-homogêneas. O comportamento mecânico é simulado a partir da formulação elastostática do Método dos Elementos de Contorno (MEC) aplicada a materiais isotrópicos. O MEC é uma eficiente e robusta técnica numérica para análises de propagação de fissuras. A não exigência de uma malha de domínio pelo método permite uma representação precisa da concentração de tensão nas pontas. Além disso, a redução da dimensionalidade proporcionada pelo MEC facilita o processo de remalhamento durante o crescimento das fissuras. A formulação dual do MEC é adotada, na qual as equações integrais singular e hipersingular são aplicadas. A modelagem de domínios não-homogêneos é realizada a partir da técnica de sub-regiões. A Mecânica da Fratura Elástico-Linear (MFEL) é aplicada para a análise da fratura em materiais frágeis. Os fatores de intensidade de tensão são determinados a partir da integral-J e a teoria da máxima tensão circunferencial é adotada para definir a direção de propagação das fissuras e o fator de intensidade de tensão equivalente. Problemas envolvendo fraturamento hidráulico também são investigados a partir da aplicação da MFEL. A integral-J é modificada para a consideração da pressão hidrostática atuante sobre as faces da fissura. Estruturas sujeitas à fadiga de alto ciclo também são avaliadas. A lei de Paris é utilizada para a estimativa da taxa de crescimento das fissuras. O último tipo de problema considerado é a fratura em materiais quase-frágeis. O modelo de fissura coesiva é empregado para a representação do comportamento não-linear físico próximo à ponta. O sistema de equações não-linear obtido é resolvido a partir de um algoritmo iterativo denominado operador constante. O estado de tensão na ponta, determinado por extrapolação, é utilizado para a verificação da estabilidade à propagação e o caminho de crescimento é definido a partir da formulação da MFEL. São observadas boas correspondências entre os resultados obtidos e as respostas encontradas na literatura, indicando a eficiência e a robustez do código computacional proposto. Melhorias do modelo numérico implementado também são discutidas.

Os Polímeros Reforçados com Fibras (PRF) são materiais compósitos constituídos por fibras unidas por uma matriz polimérica. São leves, não corrosivos, possuem alta resistência à tração e são de simples execução. O PRF em forma de tecido é utilizado para envolver o pilar de concreto armado promovendo a restrição das deformações laterais pelo efeito de membrana. Nos pilares com seção transversal circular, esse efeito de membrana é desenvolvido ao longo de todo o seu perímetro. Já para seções quadradas ou retangulares, esse efeito de membrana se desenvolve apenas nos cantos arredondados, reduzindo, assim, a eficiência do confinamento. Por conta dessa limitação, esta pesquisa propõe a utilização de um mecanismo auxiliar constituído por tirantes transversais de aço ancorados por perfis longitudinais, que juntamente com o PRF vão promover o confinamento nos maiores lados de seções de pilares retangulares. Foram realizados ensaios experimentais de dez pilares de concreto, cujos resultados confirmaram o maior incremento de força e ductilidade nos pilares devido à presença dos tirantes, verificando também que os perfis longitudinais contribuem diretamente com a força axial no pilar. Por meio da análise numérica em elementos finitos foi possível observar o acréscimo de regiões de concreto efetivamente confinado devido à presença dos tirantes. Com a análise paramétrica realizada foram identificados os parâmetros e como eles influenciam no comportamento dos pilares reforçados com a técnica: a relação entre os lados da seção transversal, a taxa de PRF; a taxa de tirantes de aço e a rigidez do perfil de ancoragem. Por fim, foi desenvolvido um modelo analítico que possibilita calcular a parcela de força resistida pelo concreto confinado e pelos perfis de ancoragem de modo independente, indicando boas correlações com os resultados experimentais e numéricos.

Aplica-se uma formulação Lagrangeana total do Método dos elementos Finitos (MEF) baseada em posições para obter a resposta dinâmica não linear de risers bidimensionais em contato com o leito do mar. Os elementos finitos adaptados e aplicados nas soluções são de barras curvas de pórtico com cinemática de Reissner. Os risers são estruturas cilíndricas e esbeltas utilizadas na indústria offshore para transportar desde o fundo do mar até a plataforma gases, óleos, minerais ou lodo, entre outros produtos. Na modelagem dessas estruturas, destacam-se três problemas de imediato, são eles: a determinação da catenária inicial da tubulação, o comportamento estrutural após a aplicação de deslocamentos severos no topo do riser quando ancorado à plataforma ou embarcação flutuante e o contato do riser com o leito do mar. Estes problemas resultam ou são agravados pela forte instabilidade presente nessas estruturas em razão da grande relação entre a extensão dos dutos e sua rigidez transversal. Para obter a configuração inicial, três técnicas de penalização foram desenvolvidas e comparadas. A primeira utiliza a redução progressiva da rigidez da seção transversal do riser, a segunda aplica a penalização direta nos deslocamentos nodais do riser e a terceira emprega uma solução dinâmica amortecida com redução progressiva da massa e do amortecimento. As técnicas são comparadas entre si e com resultados das bibliografias. A metodologia desenvolvida para a aplicação de deslocamentos severos no topo do riser é fundamentada na suavização da posição tentativa, através de fórmula empírica baseada na remodelagem de malhas da mecânica dos fluidos. Discretiza-se o solo com molas distribuídas, de comportamento linear e não linear físico, cuja influência nodal é desenvolvida consistentemente. De forma geral a introdução dessas molas é feita através da técnica da penalização da energia potencial total. Descreve-se o comportamento não linear, comumente utilizado para solos coesivos argilosos, com um modelo P-y que considera a penetração inicial, a elevação, assim como a repenetração e alguns ciclos de carregamento e descarregamento delimitados pelas curvas das cargas extremas. Uma técnica de moderação das penalidades é utilizada para auxiliar no problema de contato entre o solo e o riser. Além desses aspectos específicos do trabalho, implementaram-se na formulação do MEF as ações decorrentes de carregamentos de flutuação, peso próprio, forças das correntes do mar e condições de contorno (forças e deslocamentos) devidas às ondas do mar. Realiza-se a integração temporal pelo método clássico de Newmark. A formulação desenvolvida junto com as estratégias implementadas mostram-se adequadas e precisas para o tratamento de risers.

A tomografia ultrassônica é um método não destrutivo que possibilita o mapeamento de uma seção interna do objeto estudado a partir de múltiplas projeções de resultados de ensaios de ultrassom a fim de identificar algumas de suas propriedades físicas, descontinuidades e/ou defeitos. Este trabalho consiste em estudar o método da tomografia ultrassônica aplicada na detecção de não homogeneidades em elementos de concreto. Para tal fim, realizaram-se diversos ensaios experimentais em prismas de concreto variando-se parâmetros como a qualidade do concreto, presença de vazios e armaduras, o arranjo dos transdutores, a frequência e a polarização das ondas ultrassônicas. Além dos ensaios, foi desenvolvida uma aplicação computacional que permitisse gerar imagens tomográficas de várias seções do elemento estudado, em diferentes planos e profundidades simultaneamente, a partir das velocidades de propagação dos pulsos de ultrassom. Como resultado conseguiu-se determinar as condições mais confiáveis nos procedimentos de medição, avaliar o grau de homogeneidade de prismas com diferentes resistências e avaliar a sensibilidade dos ensaios de ultrassom na presença de não homogeneidades como vazios, fissuras e aço de reforço. Finalmente, como conclusão desta pesquisa confirma-se o grande potencial que possui a técnica de tomografia ultrassônica aplicada em estruturas de concreto na detecção de não homogeneidades.

A análise de compósitos laminados apresenta grandes desafios, pois, diferentemente dos materiais isotrópicos homogêneos, os compósitos laminados são constituídos de materiais heterogêneos e anisotrópicos. Além disso, as distribuições de tensões interlaminares obtidas com as formulações convencionais são descontínuas e imprecisas. Sua melhoria, portanto, é imprescindível para buscar e modelar critérios de falha relacionados às estruturas formadas por compósitos laminados. Diante disso, este trabalho se concentrou no desenvolvimento e implementação computacional de um elemento finito posicional de pórtico plano laminado cuja cinemática é descrita ao longo da espessura do laminado de acordo com a teoria Layerwise. A formulação do elemento considera a não linearidade geométrica, originada pela ocorrência de grandes deslocamentos e rotações, e admite deformações moderadas, em função da lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. O desenvolvimento deste trabalho se iniciou com uma preparação teórica sobre mecânica dos sólidos deformáveis e métodos numéricos para que fossem adquiridos os subsídios teóricos necessários ao desenvolvimento de códigos computacionais, à interpretação dos resultados e à tomada de decisões quando das análises numéricas. A formulação desenvolvida é Lagrangiana total com emprego do método dos elementos finitos baseado em posições. Inicialmente o elemento finito posicional de pórtico plano homogêneo é proposto, uma vez que sua cinemática possibilita uma expansão natural para o caso laminado. Os graus de liberdade são compostos por posições nodais e por vetores generalizados que representam o giro e a variação na altura da seção transversal. A eficiência do elemento é constatada através de análises realizadas em problemas de pórtico sujeitos a grandes deslocamentos e rotações. Os resultados obtidos apresentaram excelente concordância com soluções numéricas e analíticas disponíveis na literatura. Uma expansão natural da cinemática é empregada na formulação do elemento laminado. Os graus de liberdade do elemento são as posições nodais e as componentes de vetores generalizados associados às seções transversais de cada lâmina. Dessa forma, as lâminas têm liberdade para variação de espessura e giro independente das demais, mas com as posições compatibilizadas nas interfaces. Os resultados de análises numéricas realizadas em vários exemplos demonstram a eficiência da formulação proposta, pois as distribuições de deslocamentos e tensões ao longo da espessura do laminado apresentaram excelente concordância com as obtidas a partir de análises numéricas utilizando um elemento finito bidimensional em uma discretização bastante refinada. Os exemplos analisados contemplam problemas com seção laminada fina ou espessa.

Esta pesquisa visa analisar a transferência de tensões de compressão entre elementos de concreto pré-moldado através de almofadas de argamassa modificada. A argamassa foi modificada com as adições de fibras de polipropileno, látex estireno-butadieno e vermiculita termo-expandida. A caracterização da argamassa foi realizada com ensaios de compressão, de tração por compressão diametral e de módulo de elasticidade, além de ensaios de rigidez de almofada, que medem a capacidade da peça de se deformar sob tensão de compressão uniforme. As análises de transferência de tensões foram realizadas intercalando uma almofada entre dois blocos de concreto e submetendo o corpo de prova formado a ensaios de compressão. Os parâmetros variados nesses ensaios foram: rugosidade superficial e resistência mecânica dos blocos ligados, excentricidade de carregamento, solidarização ou não da almofada ao bloco inferior de concreto e carregamento monotônico e cíclico. Em relação à massa do cimento, a argamassa das almofadas possuía 30% de agregados, dos quais 95% eram areia fina e 5% eram vermiculita, 10% de látex, 2% de taxa volumétrica de fibras de polipropileno e relação água / cimento de 0,25, além da água incorporada no látex. A argamassa apresentou resistência à compressão média de 27,65 MPa, resistência à tração de 3,62 MPa e módulo de elasticidade igual a 11,53 GPa. Os principais resultados dos ensaios de ligação foram: a) para compressão centrada, a presença da almofada aumentou a resistência em 20% para espessuras de saliências de 0,5 mm e 30% para saliências de 1,0 mm; b) ganho de efetividade da almofada à medida que se reduziu a resistência do concreto; c) em ligações excêntricas, a dispersão dos resultados não permitiu uma correta avaliação dos resultados; d) para carregamento cíclico, a almofada de apoio aumentou em 45% a resistência da ligação.

A utilização de materiais compósitos tornou-se uma alternativa importante em muitas aplicações dentro de diversas áreas da engenharia, pois seus constituintes podem agregar propriedades mecânicas, térmicas e acústicas ao compósito, garantindo eficiência e baixo custo. Com isso, faz-se necessário um maior conhecimento do comportamento mecânico desses materiais diante das solicitações, principalmente no que diz respeito aos campos de deslocamento, deformações e tensões. O presente trabalho tem por finalidade a análise, em nível macroscópico, de estruturas bidimensionais elásticas constituídas de materiais compósitos particulados, utilizando formulação desenvolvida no contexto do Grupo de Mecânica Computacional (GMEC), do Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), da Universidade de São Paulo (USP), no qual se insere a presente pesquisa. A formulação utilizada baseia-se no Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP) e foi desenvolvida em nível mesoscópico por tratar da interação entre matriz e partículas. Tal formulação possibilita a consideração da interação partícula-matriz sem a necessidade de coincidência entre as malhas da matriz e das partículas e sem o aumento do número de graus de liberdade dos problemas, admitindo-se aderência perfeita entre as fases. A formulação considera material isotrópico e comportamento não-linear geométrico das fases. A aplicação da formulação foi aqui proposta com o intuito de avaliar a influência da geometria, tamanho, fração volumétrica, distribuição e propriedades mecânicas das partículas adotadas, no comportamento global da estrutura em nível macroscópico. Foram desenvolvidos e apresentados exemplos de aplicação, com comparação dos resultados numéricos das análises com resultados de ensaios experimentais encontrados na literatura, bem como com resultados de modelos matemáticos de homogeneização e modelos numéricos propostos por outros autores, que utilizaram o método dos elementos finitos e técnicas de homogeneização assintótica.

Este trabalho apresenta uma investigação de modelos analíticos de previsão da força de tração resistente para ligações parafusadas em chapas finas e perfis de aço formados a frio, de acordo com quatro especificações de projeto (ABNT NBR 14762:2010, ANSI AISI S100:2007-S, AS/NZS 4600:2005 e EUROCODE 3 Parte1.3:2010). O estudo envolveu 404 resultados experimentais de ligações parafusadas, sendo: 232 ligações em chapas finas, 104 ligações em cantoneiras e 68 ligações em perfis U, em que diversas configurações geométricas foram analisadas. No total 1616 análises de força resistente foram realizadas de modo que estatísticas da variável aleatória erro de modelo pudessem ser construídas. Dessa forma, a análise de erro de modelo consistiu da plotagem das probabilidades do erro de modelo, para que em seguida testes de aderência pudessem ser então aplicados de modo satisfatório, validando funções teóricas de distribuição de probabilidades para a representação da informação estatística dessa variável aleatória. Uma análise de regressão foi utilizada nas ligações parafusadas para descrever a variação do erro de modelo com a espessura da chapa e para descrever a incerteza de modelo. As análises realizadas mostraram que os modelos brasileiros e americanos conseguem prever, em média, a ruptura da seção líquida de maneira mais eficiente do que as outras especificações, pois utilizam coeficientes de redução da área líquida, e também apontam que todos os modelos apresentam uma grande variabilidade dos resultados em torno da média, o que faz com que a confiabilidade dos modelos seja prejudicada. A análise de confiabilidade, utilizada para avaliar o nível de segurança das especificações de projeto, incluiu o erro de modelo e outros parâmetros aleatórios como a resistência à ruptura do aço, ação permanente (D) e variável (L), totalizando 7092 análises em ligações parafusadas, revelando que a contribuição da variável aleatória erro de modelo na segurança dessas ligações é considerável, especialmente para razões de carregamento (Ln/Dn) entre 0,50 e 2,50. Cabe ainda observar que as especificações de projeto foram avaliadas de acordo com critérios de confiabilidade uniforme e suficiente, demonstrando que a uniformidade é alcançada de maneira mais fácil para as quatro especificações, para razões de carregamento (Ln/Dn) maiores que 2,0, e que a suficiência de segurança, na maioria das análises realizadas, não foi alcançada, principalmente para o modo de ruína de esmagamento da parede do furo, em que os índices de confiabilidade para as ligações situaram-se em torno de 2,0 a 2,5, abaixo do valor alvo de 3,5 estabelecido pelo AISI e 3,8 estabelecido pelo EUROCODE. Além disso, ao se tratar da ruptura da seção líquida, os modelos brasileiro, americano e australiano também não atingiram níveis desejáveis de segurança, contudo, fornecem probabilidades de falha bem abaixo das obtidas para o modo de ruína de esmagamento. Por fim, análises de sensibilidade revelaram que os parâmetros x/L e d/g, presentes nos modelos analíticos de previsão da ruptura da seção líquida, para a especificação brasileira e americana, não interferem na segurança estrutural das ligações.