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Considerando-se um cenário econômico favorável, combinado com avanços tecnológicos significativos da ciência dos materiais e, bem como, dos processos construtivos, convém ressaltar que as grandes cidades brasileiras têm apresentado um crescimento substancial, no que diz respeito à construção de edifícios altos e esbeltos. Esta tendência arquitetônica tem conduzido o projeto dessas edificações a soluções compostas por sistemas estruturais mais flexíveis, e, desta maneira, resultando em edifícios esbeltos e com valores de frequências naturais muito baixas, consequentemente, mais suscetíveis aos problemas de vibrações excessivas, abertura de fissuras indesejáveis e até mesmo desconforto dos ocupantes. Assim sendo, tendo em mente os níveis de esbeltez apresentados mais recentemente, estes edifícios necessitam ter o seu comportamento estrutural dinâmico investigado apropriadamente, de maneira a garantir o conforto humano dos usuários. Deste modo, este trabalho de pesquisa objetiva a investigação do comportamento dinâmico, avaliação do conforto humano e, ainda, o estudo de estratégias para o controle de vibrações excessivas de edifícios altos, quando submetidos à ação não determinística do vento, com base na consideração do efeito proveniente da interação solo-estrutura. Ao longo deste estudo são investigados dois modelos estruturais: o primeiro edifício é de concreto armado, com 42 pavimentos e altura total de 123,9 m, e o outro modelo corresponde a um edifício misto (aço-concreto), com 48 pavimentos e altura total de 172,8 m. Os resultados obtidos ao longo das análises numéricas realizadas sobre as edificações em estudo, em termos dos valores dos deslocamentos e acelerações de pico, são comparados com os valores limites estabelecidos por normas técnicas e recomendações de projeto, de modo a avaliar de forma crítica os níveis de conforto humano dos edifícios com e sem o emprego de sistemas de controle de vibrações (sistemas de atenuadores passivos), no que tange a situações da prática corrente de projeto.

A estabilidade de taludes naturais é um tema de grande interesse ao engenheiro geotécnico, face às significativas perdas econômicas, e até mesmo humanas, resultantes da ruptura de taludes. Estima-se que a deflagração de escorregamentos já provocou milhares de mortes, e dezenas de bilhões de dólares em prejuízos anuais em todo o mundo. Os fenômenos de instabilização de encostas são condicionados por muitos fatores, como o clima, a litologia e as estruturas das rochas, a morfologia, a ação antrópica e outros. A análise dos condicionantes geológicos e geotécnicos de escorregamentos proporciona a apreciação de cada um dos fatores envolvidos nos processos de instabilização de encostas, permitindo a obtenção de resultados de interesse, no que diz respeito ao modo de atuação destes fatores. O presente trabalho tem como objetivo a utilização de um sistema híbrido que utiliza a Rede Neural e a Lógica Nebulosa (Neuro-Fuzzy) para criação de um modelo que, de forma qualitativa, forneça uma previsão do potencial de ruptura de taludes em solos residuais. Para o cumprimento deste objetivo, foram estudados os fatores envolvidos nos processos de instabilização de encostas, e a forma como estes fatores se interrelacionam. Análises paramétricas foram executadas com o objetivo fornecer dados para o modelo Neuro-Fuzzy. Após a elaboração do modelo, apresenta-se um caso histórico bem documentado para a validação do mesmo. Dentre as principais conclusões, destaca-se a potencialidade da Modelagem Híbrida Neuro-Fuzzy na previsão do potencial de ruptura de taludes em solo residual, aparecendo como uma ferramenta capaz de auxiliar na detecção de taludes com potencial de ruptura.

O objetivo central deste trabalho de pesquisa, diz respeito a concepção, projeto estrutural e modelagem teórico-experimental de sistemas treliçados espaciais utilizados para o escoramento de estruturas de aço, concreto armado e mistas (aço-concreto). Ao longo do estudo, realiza-se uma avaliação crítica acompanhada de discussões detalhadas acerca dos resultados dos ensaios experimentais realizados sobre três modelos estruturais de pórticos treliçados espaciais. Os modelos investigados apresentam vão livre de 10 metros com espaçamento transversal entre as linhas de treliças de 1,5 metros. No âmbito desta investigação são realizados também ensaios experimentais dos componentes isolados e ligações estruturais do sistema principal. As estruturas são submetidas a carregamentos provenientes de uma laje de reação e monitorados com toda a logística de equipamentos necessários para a obtenção da resposta e avaliação do comportamento estrutural global do sistema. Assim sendo, com base na obtenção da resposta estrutural experimental dos modelos (deslocamentos translacionais verticais e laterais dos conjuntos de treliças, cargas de colapso e comportamento dos modos de ruína), torna-se possível avaliar com mais clareza a eficiência do sistema investigado, propor reforços no conjunto estrutural, além de corroborar e calibrar novos modelos, ampliando o conhecimento a respeito do comportamento estrutural deste tipo de estrutura, tornando-o mais seguro para o meio operacional.

Ao longo das últimas três décadas inúmeros pesquisadores têm relatado um aumento significativo de sistemas estruturais esbeltos, flexíveis e com baixo amortecimento estrutural inerente. Consequentemente, estas estruturas estão sujeitas a vibrações excessivas induzidas por atividades humanas, podendo causar grande desconforto aos seus usuários. Por outro lado, diversos autores têm investigado a representação de atividades humanas rítmicas, por intermédio de funções matemáticas (modelos de "força dura"), de forma a melhor verificar, ainda na fase de projeto, o nível de vibrações em que o sistema estrutural está submetido assim como o conforto humano dos ocupantes. Tais funções matemáticas tem se mostrado mais ou menos conservadoras em relação ao custo final do projeto. Paralelamente, estudos recentes têm demonstrado de uma forma mais realística o contato da atividade humana em estruturas civis, tais como pisos de edificações, passarelas e arquibancadas; através da avaliação do efeito da interação ser humano-estrutura, um campo de estudo que envolve grande interdisciplinaridade com a área da biomecânica. Portanto, este trabalho de pesquisa investiga, experimentalmente, a influência da flexibilidade do sistema estrutural durante prática de atividades rítmicas (saltos); e, bem como, o efeito do ser humano sobre a estrutura. Para tal, os ensaios experimentais foram realizados sobre dois tipos de estruturas em laboratório: pavimento rígido e piso flexível. Além disso, foram avaliados três metodologias distintas para obtenção dos sinais experimentais dos saltos humanos rítmicos, nomeadamente, através de uma plataforma de força, acelerômetro acoplado ao corpo e palmilhas instrumentas dentro do calçado. Cabe ressaltar, também, que a avaliação do efeito da interação ser humano-estrutura foi realizada considerando tanto o efeito de uma pessoa passiva (parada - em pé/joelhos fletidos), assim como em atividade (pulando) sobre o piso flexível. Deste modo, os resultados obtidos com base no desenvolvimento deste trabalho de pesquisa apresentam alternativas eficientes e concretas, de maneira que o engenheiro projetista possa vir a avaliar, de forma mais racional, o comportamento estrutural dinâmico de pisos de edificações submetidos às ações humanas rítmicas em relação ao conforto humano e, ainda, no que diz respeito a questão econômica.

Cantoneiras laminadas em aço carbono têm sido utilizadas frequentemente como elemento estrutural, sem a alternativa de outro tipo de aço. Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo do comportamento estrutural de elementos em aço inoxidável submetidos a compressão axial centrada através de ensaios realizados em laboratório. O elemento estrutural será composto por uma coluna de perfil L laminada também conhecida como cantoneira. As atuais normas de projeto de aço inoxidável são em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Para o entendimento do comportamento estrutural do aço inoxidável foram realizados, inicialmente, ensaios experimentais em aço carbono para três tipos de seção transversal 64x64x4,8, 76x76x6,4 e 102x102x6,4 com comprimento variável de 272mm a 1517mm e os resultados foram comparados com o método de cálculo preconizado no Eurocode 3, Parte 1-1. Este processo foi importante para calibrar e validar o modelo experimental proposto. Com o processo experimental definido foram iniciados os ensaios com as cantoneiras laminadas em aço inoxidável com as mesmas seções transversais dos ensaios em aço carbono, porém o comprimento teve variação de 152mm a 1893mm. Por fim, estes resultados foram comparados com método de cálculo proposto no Eurocode 3, Parte 1-4. O modo de ruína apresentado para cantoneiras laminadas com comprimentos até 500mm, tanto em aço carbono quanto em aço inoxidável, foi a flambagem local das abas das cantoneiras; para as cantoneiras em aço carbono 64x64x4,8 e 76x76x6,4, a flambagem por flexo-torção ocorreu em comprimentos iguais a 750mm e 945mm, respectivamente e para a cantoneira 102x102x6,4 com comprimentos de 407 a 1480mm. Nas demais cantoneiras em aço carbono com comprimento dentro do intervalo de 1000mm a 1500mm, o modo de ruína foi a flambagem por flexão. Nas cantoneiras em aço inoxidável, o modo de ruína foi a flambagem por flexo-torção nos comprimentos entre 500mm e 1480mm e flambagem por flexão entre 1470mm e 1893mm. Verificou-se que os critérios de cálculo preconizados pelo Eurocode 3, Parte 1-1 e Eurocode 3, Parte 1-4 são conservadores e que os valores de e ?_0 propostos pelo Eurocode 3, Parte 1-4 não são válidos para as cantoneiras laminadas em aço inoxidável.

A utilização das estruturas mistas vem cada vez mais ganhando espaço na construção civil. A economia de tempo e redução do material de despejo são os principais motivadores desta nova tendência construtiva. Porém, a estrutura mista ideal faz-se presente na otimização da solicitação dos seus elementos ou seja, aço sob tração e concreto sob compressão. Adicionalmente para garantir o comportamento conjunto dos materiais, são utilizados conectores de cisalhamento. Estes conectores trabalham principalmente através da aderência mecânica existente entre o aço e o concreto, já que as contribuições das parcelas de aderência química e aderência por atrito são usualmente desprezadas. Desta forma o ensaio tipo push-out recomendado no Eurocode 4 para determinação da resistência dos conectores de cisalhamento apresenta uma fase cíclica justamente para eliminar as contribuições destas parcelas. O presente trabalho considera a realização de ensaios push-out de conectores de cisalhamento do tipo T-Perfobond modificados. Esta alteração tem como base a variação do angulo entre a mesa destes conectores e a mesa dos perfis base, que no presente trabalho considerou ângulos de 30º, 45º e 60º, além de ensaios de conectores Perfobond e T-Perfobond tradicionais para serem usados como referência. Todos os conectores foram confeccionados a partir de um mesmo perfil W200x26,6. A escolha do perfil foi baseada em trabalhos anteriores em que a mesa do conector deve possuir espessura tal que permita a formação de rótula plástica antes da ruína do concreto e para tal não deve ser soldada a mesa do perfil base. Além da capacidade de carga, os ensaios avaliaram a capacidade de deslizamento dos conectores sendo esta propriedade de fundamental importância na classificação do conector quanto a sua ductilidade, segundo o Eurocode 4. Para serem classificados como dúcteis, os conectores precisam apresentar deslizamento relativo superior a 6mm para um nível de carga aplicada de 90% da carga máxima, já na fase de descarga. Dentre os ensaios realizados o conector com angulo de 60º apresentou o comportamento mais promissor, por isto, levou que novos ensaios desta geometria fossem ensaiados considerando a presença de furos e a de furos com barra de aço passando pelos mesmos. Estas características representaram um ganho de ductilidade nos conectores com ângulo de 60º proporcionando a sua classificação como conectores dúcteis.

Embora o uso de perfis tubulares de aço preenchidos com concreto seja largamente utilizado em uma combinação de leveza e resistência, esta perspectiva submete-se às ações normativas aplicáveis aos elementos mistos de aço e concreto que ainda não estejam totalmente esclarecidas e necessitam ser estudadas detalhadamente. Deste modo, aborda-se a pesquisa pertinente à análise do comportamento de colunas curtas mistas, de seção de aço tubular confeccionada com costura, preenchidas com concreto convencional, conhecidas como Concrete Filled Steel Tube (CFST) e preenchidas com concreto de agregado reciclado, conhecidas como Recycled Aggregate Concrete Filled Steel Tube (RACFST), em taxas de substituição de 30% e 50% de agregado graúdo reciclado de concreto. No que concerne às premissas necessárias à interação do conjunto aço concreto, é investigada a influência do confinamento e o rearranjo interno do concreto, quando este é reciclado. Percebe-se que a variação da resistência característica do concreto e a variação da taxa de agregado reciclado que compõe o concreto impactam de modo singular nas características da seção mista, quando há o controle sobre o agregado utilizado, que neste caso, deriva de corpos de prova para ensaio de aderência da ordem de 40 MPa. Os resultados dos ensaios experimentais mostraram que o preenchimento do núcleo da seção mista potencializa sua resistência, mas o controle sobre o conteúdo deste núcleo influi na ductilidade do conjunto, uma vez que, se o comportamento do material de preenchimento for frágil, a redistribuição do estado de tensões tanto para o aço quanto para o concreto absorverá este comportamento. Embora verifique-se também que, o preenchimento do núcleo é essencial para o controle da flambagem interna da seção de aço. Uma vez que o comportamento das colunas CFST e RACFST ainda é amplamente discutido no âmbito cientifico, parte-se inicialmente de um estudo analítico baseado no confronto dos resultados teóricos obtidos entre as normas ABNT NBR 8800:2008, ABNT NBR 16239:2013 e EN 1994-1-1, onde as respostas analíticas extraídas por meio destas normas são coerentes entre si e argumentadas perante os resultados da análise experimental do modelo proposto. Isto posto, são analisadas as tensões de confinamento em três estágios distintos: primeiro estágio, elástico, segundo estágio, de escoamento e terceiro estágio, de altas deformações, verificando-se que a relação D/t, entre o diâmetro e a espessura da seção de aço, e a taxa de confinamento influenciam diretamente no comportamento da seção mista de modo a proporcionar um efeito combinado sobre a resistência da mesma.

O concreto armado ainda se apresenta como um dos principais materiais utilizados na confecção de elementos estruturais. Dentre os elementos estruturais confeccionados em concreto armado, as vigas figuram como parte essencial na constituição dos pavimentos. Em alguns casos, para reduzir a seção das vigas é necessário que o projetista utilize uma porção da laje como parte constitutiva na seção da viga em formato de “T”. Em geral, essa largura de mesa que contribuirá com a resistência a compressão é adotada com base em recomendações normativas. No entanto, nessas recomendações não há qualquer distinção entre o tipo de carga aplicada, tratando a largura efetiva como relação puramente geométrica entre os vãos teóricos. Mas ao se observar a literatura mais tradicional de concreto armado, são expostas várias recomendações que procuram calcular a largura efetiva da mesa em função das tensões que nela se distribuem. Esta tese apresenta uma pesquisa experimental realizada para investigar a distribuição de tensões ao longo da mesa, para através da integração da área sob essa curva, calcular a largura efetiva experimental. As deflexões (flechas) também são utilizadas em um processo que, através da inércia experimental, procura calcular a largura efetiva. O principal objetivo dos testes foi o de identificar a largura de mesa que presta efetiva contribuição na seção da viga. Os resultados permitiram um comparativo das larguras efetivas, variando-se alguns parâmetros

De modo geral, os estádios de futebol têm sido projetados para suportar as cargas acidentais (cargas das pessoas), como sendo associadas a carregamentos estáticos. Todavia, ao longo dos anos, com base na modificação do comportamento do público, especialmente em jogos de futebol, a partir da ação de torcidas organizadas; e, ainda, com o emprego de estádios de futebol para shows de música, estes modelos estruturais passaram a sofrer um maior impacto em função da natureza da ação dos carregamentos dinâmicos oriundos das pessoas. Assim sendo, alguns destes estádios passaram a apresentar problemas de vibrações excessivas, e tornou-se necessária a consideração efetiva das cargas dinâmicas nos projetos estruturais. De acordo com este contexto, este trabalho de pesquisa tem como objetivo o estudo do comportamento estrutural dinâmico e avaliação do desempenho de arquibancadas de estádios de futebol, no que diz respeito à avaliação do conforto humano, com base no emprego de sistemas biodinâmicos representativos das pessoas. Para tal, esta investigação considera o desenvolvimento do estudo com base no projeto estrutural das arquibancadas do Estádio Nacional de Brasília. Deste modo, a modelagem numérica do sistema estrutural investigado foi realizada com base no emprego do programa computacional ANSYS, a partir da utilização de técnicas usuais de discretização, por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF). No que tange à modelagem das ações dinâmicas representativas das pessoas (torcidas), foram utilizados sistemas biodinâmicos acoplados ao sistema estrutural das arquibancadas. A investigação considera o efeito da interação dinâmica indivíduos-estrutura (torcidas-arquibancada), a partir do emprego de modelos biodinâmicos correspondentes a sistemas do tipo massa-mola-amortecedor, com um grau de liberdade (S1GL), de maneira a representar o comportamento dinâmico do corpo humano. As características dinâmicas dos sistemas biodinâmicos (massa, rigidez e amortecimento) foram determinadas mediante a realização de testes experimentais; e, também, com base na resolução matemática de um problema clássico de otimização, mediante a utilização de Algoritmos Genéticos (AG). Os resultados obtidos ao longo do desenvolvimento deste trabalho de pesquisa evidenciam com clareza a relevância da investigação acerca da análise de vibrações de arquibancadas de estádios de futebol, considerando-se o efeito da interação dinâmica torcidas-arquibancada, especialmente no que diz respeito a análises mais realistas, sob um ponto de vista quantitativo, acerca dos valores das acelerações de pico e posterior avaliação do conforto humano da estrutura.

O principal objetivo deste trabalho de pesquisa é o de avaliar o comportamento estrutural dinâmico de pisos de edificações, quando submetidos a atividades humanas rítmicas (atividades aeróbicas), com base em testes experimentais e modelagem numérica. O foco desta investigação é o de avaliar os níveis de conforto humano de pisos, simulando as pessoas com base no emprego de sistemas biodinâmicos. Este trabalho de pesquisa considera o efeito da interação dinâmica indivíduos-estrutura, a partir do emprego de modelos biodinâmicos, correspondentes a sistemas do tipo “massa-mola-amortecedor”, com um grau de liberdade (S1GL), de maneira a representar o comportamento dinâmico das pessoas. As características dinâmicas dos sistemas biodinâmicos (massa, rigidez e amortecimento) foram determinadas mediante a realização de testes experimentais; e, também, com base na resolução matemática de um problema clássico de otimização, mediante a utilização de Algoritmos Genéticos (AG). Em seguida, modelos matemáticos tradicionais de carregamento dinâmico (modelos de “força dura”) são considerados na análise dinâmica para efeito de comparação de resultados. O modelo estrutural estudado corresponde a um piso misto (aço-concreto) com dimensões de 40m x 40m e uma área total de 1600m². A estrutura representa um andar interior típico de um edifício comercial utilizado para aulas ginástica aeróbica. O piso misto é apoiado por colunas de aço e submetido a cargas rítmicas de ginástica aeróbica. O sistema é composto por vigas mistas e uma laje de concreto com 100mm de espessura, e a altura das colunas é igual a 4m. A modelagem numérica da estrutura foi realizada a partir do uso do programa computacional ANSYS, via emprego do método dos elementos finitos (MEF). Assim sendo, a resposta estrutural dinâmica do piso misto (aço-concreto) investigado foi avaliada em função dos valores das acelerações máximas, RMS e VDV, com base em critérios de conforto humano atuais. Os resultados encontrados ao longo desta investigação indicam reduções quantitativas significativas referentes aos valores das acelerações de pico, quando os sistemas biodinâmicos são considerados na análise, em comparação com os resultados fornecidos pelos modelos matemáticos de “força dura”.

Ao longo dos anos, diversos estudos foram realizados para entender o fenômeno da compressão secundária. Os trabalhos mais consistentes apontam para a viscosidade da água adsorvida como sendo a responsável pela compressão secundária. A tensão efetiva seria dividida em duas parcelas: uma viscosa, dependente da velocidade de deformação volumétrica, e outra estabelecida nos contatos sólido-sólido. Nesta tese foram desenvolvidas teorias do adensamento para fluxo radial levando-se em conta o efeito viscoso como parte fundamental do processo. Foram considerados os casos de deformações verticais livres e deformações verticais iguais. No caso de deformações verticais iguais foram desenvolvidas duas teorias, uma para coeficiente de viscosidade constante e outra para coeficiente de viscosidade variável. Os resultados mostraram que a viscosidade tem influência significativa nas curvas de porcentagem média de adensamento ao longo do tempo. A abordagem de coeficiente de viscosidade variável foi capaz de reproduzir o efeito de “dupla onda” observado nos ensaios de laboratório de longa duração, sendo possível relacioná-lo à razão entre os recalques primário e total.

Nas últimas décadas, as grandes cidades brasileiras têm apresentado um crescimento substancial em relação ao projeto e construção de edifícios altos e esbeltos. Esta tendência arquitetônica tem produzido sistemas estruturais flexíveis, com valores de frequências naturais muito baixas; e, portanto, mais suscetíveis a problemas de vibração excessivas, oriundas da ação dinâmica do vento. De acordo com este contexto atual, torna-se necessário que a análise estrutural sobre o projeto destes edifícios seja realizada de forma mais precisa, considerando-se as ações dinâmicas do vento, de maneira mais realista, com base na correta definição de suas propriedades não determinísticas. Para tal, cabe ressaltar que além da consideração das ações dinâmicas longitudinais do vento (along-wind), as ações dinâmicas atuantes sobre a estrutura em relação à direção transversal (across-wind), provocadas pelo surgimento de vórtices, também devem ser levadas em conta na análise. De outra forma, destaca-se a importância da consideração da interação solo-estrutura (modelagem das fundações), tendo em mente a influência deste efeito sobre a rigidez global da estrutura. Assim sendo, este trabalho de pesquisa tem por objetivo principal a investigação do comportamento estrutural dinâmico não determinístico e análise de conforto humano de edifícios altos. Deste modo, ao longo do estudo são considerados três projetos de edifícios, a saber: dois edifícios em concreto armado com alturas de 90 m e 140 m, respectivamente, e um edifício em estrutura mista aço-concreto com altura total de 173 m. O Método da Representação Espectral (MRE) foi utilizado para caracterizar as ações dinâmicas longitudinais do vento. O efeito das ações dinâmicas do vento em relação à direção transversal (efeito de vórtices) foi concebido a partir do desenvolvimento de uma metodologia de análise denominada de Método da Representação Espectral Modificado (MRE-M), com base no emprego de coeficientes obtidos através do uso de dados de testes experimentais realizados em túnel de vento. Os resultados alcançados neste estudo demonstram a relevância da modelagem da interação solo-estrutura, que contribui para a diminuição dos valores das frequências naturais; e, consequentemente, produz um crescimento das acelerações longitudinais e transversais dos modelos. Ressalta-se, também, que na maioria das situações de projeto, as acelerações transversais apresentam valores mais elevados, representando assim um fator determinante para a análise e verificação do conforto humano dos edifícios.

Este trabalho de pesquisa apresenta como objetivo principal a avaliação o efeito da interação pedestre-estrutura sobre a resposta estrutural dinâmica de passarelas de pedestres. Para tal, uma série de testes experimentais é desenvolvida em conjunto com a geração de um modelo em elementos finitos, visando à calibração dos resultados das análises experimentais e posterior estudo do conforto humano de passarelas submetidas à caminhada de pedestres. Desta forma, a estrutura de teste está relacionada a um modelo estrutural de passarela de pedestres existente, localizada na Rua Osvaldo Aranha, conhecida comumente como Radial Oeste, rota de grande importância e tráfego intenso de veículos ao longo do dia, localizada nas proximidades do novo Estádio do Maracanã, na cidade do Rio de Janeiro/RJ, Brasil. A passarela investigada apresenta dois vãos com comprimento de 29,5m e 24m, respectivamente, e comprimento total de 53,5 m. Inicialmente, para identificar e avaliar o comportamento estrutural dinâmico global do modelo estrutural foi realizada uma análise modal operacional (OMA) sobre a passarela. Depois disso, uma série de testes experimentais de vibração forçada foram conduzidos sobre a estrutura, considerando-se os pedestres caminhando sobre a passarela com diferentes frequências de passo. Na sequência do estudo, um modelo de elementos finitos foi desenvolvido, com base na utilização do programa computacional ANSYS, tendo em mente a calibração dos resultados obtidos a partir do monitoramento experimental da passarela. Além disso, foram conduzidos estudos paramétricos, visando avaliar quantitativamente e qualitativamente o efeito da interação pedestre-estrutura sobre a resposta estrutural dinâmica da estrutura, mediante a influência de frequências de passo distintas, da razão de massa, da taxa de amortecimento e, ainda, de diferentes trajetórias dos pedestres caminhando sobre a estrutura. Finalmente, foi realizada, também, uma avaliação do conforto humano da passarela, com base em comparações entre os valores das acelerações de pico, obtidas via monitoramento experimental dinâmico e modelagem numérica, e as recomendações fornecidas por guias internacionais clássicos de projeto (HIVOSS e SÉTRA).

Alguns estudos que analisam o risco de falha consideram que entre 2016 e 2025 devem ser esperadas cerca de 30 grandes tragédias e, se avaliarmos os dados entre 1900 e 2014, tem-se uma média de três rupturas a cada dois anos, considerando somente as rupturas divulgadas e investigadas. Pode-se dizer que as falhas, potencialmente, são e serão impulsionadas pela economia, uma vez que o custo tem sido a principal variável considerada no projeto, construção, operação, monitoramento e fechamento dessas estruturas. À medida que as empresas reduzem os investimentos em manutenção, gestão de riscos e prevenção de falhas, tem-se o fomento à recuperação econômica, competitividade do valor de produto e redução de dívidas, exigidas pelos investidores. O resultado tem sido uma perda de mão de obra, a ponto de as empresas não terem mais conhecimento suficiente sobre as habilidades de engenharia e operacionais que se aplicam ao gerenciamento de rejeitos e água. O aprendizado com as tragédias de barragens é praticamente inexistente, não sendo uma exclusividade brasileira, trazendo uma consequência ambiental e social catastrófica. As falhas ocorrerão enquanto a tendência é que sejam vistas e tratadas como imprevisíveis, sem gestão do risco. A frequência e severidade das falhas estão aumentando globalmente, sendo que a maioria seria evitável se observada uma correta diligência por parte dos proprietários e operadores de barragens. Existe o conhecimento técnico para permitir que barragens sejam construídas e operadas com baixo risco, mas a frequência das rupturas nos remete a lapsos na aplicação consistente de perícia durante toda a vida de uma instalação e por falta de atenção aos detalhes. No Brasil, a prática profissional e a orientação regulatória permitem a confiança desenfreada no Método Observacional, um processo contínuo, gerenciado e integrado de projeto, controle de construção e monitoramento das estruturas. Em muitas das rupturas, os relatórios indicam uma série de falhas construtivas nos sistemas de filtros e drenos, galerias de concreto, desvios e afins, além de questões operacionais críticas ao longo dos anos de operação. As melhores práticas, os melhores conhecimentos e as melhores técnicas disponíveis precisam ser diretrizes principais, assumidas sobre planejamento, projeto, construção, operação, monitoramento e fechamento de barragens. À medida que essas diretrizes se tornam claras, e são aplicadas, a indústria deixará de depender apenas das suposições acerca de métodos observacionais, que consideram a expertise e o ponto de vista particular de engenheiros e consultores para tomar decisões importantes que afetam o risco. O Método Baldi, desenvolvido na presente Tese, considera as informações de inspeção e instrumentação, identificando os riscos a partir de árvores de eventos, separadamente em, riscos intoleráveis, toleráveis e aceitáveis. Os riscos intoleráveis são conduzidos para análise de falha do tipo FMEA, onde são avaliadas as falhas severas, intermediárias e brandas. O objetivo é possibilitar a elaboração de um plano de ação assertivo e efetivo para Gestão de Segurança de Barragens.

Colunas tubulares tipo double-skin preenchidas com concreto (CFDST) são um tipo relativamente novo de elemento estrutural e seu uso vem se tornando cada vez mais popular. Uma de suas vantagens é tornar a construção mais leve e menos cara devido à menor quantidade de material e utilização de formas. Hoje em dia, o emprego de aço inoxidável e concreto reciclável de agregado graúdo (RAC) em elementos mistos é extremamente tópico devido à obtenção do agregado reciclável ser mais barata e às questões de sustentabilidade, uma vez que ambos os materiais são totalmente recicláveis. Esta tese apresenta um estudo experimental e numérico sobre o comportamento de colunas curtas tipo double-skin (CFDST). Os experimentos foram submetidos a carga axial concêntrica e os numéricos foram submetidos a carga axial concêntrica, excêntrica e flexão pura. Quatro ensaios de compressão axial foram realizados em colunas curtas tipo double-skin preenchidas com concreto reciclável e posteriormente comparadas com colunas CFDST preenchidas com concreto convencional, encontrados na literatura. As colunas tinham seções transversais tubulares circulares e cada uma compreendia um tubo externo de aço inoxidável austenítico e um tubo interno de aço carbono com dimensões variáveis. A substituição de 50% do agregado graúdo natural (NCA) por agregado graúdo reciclado (RCA) foi adotada nos testes de RAC. Durante os ensaios foi observado que o comportamento estrutural das colunas com concreto convencional e concreto reciclado era semelhante e os modos de ruptura se mostraram idênticos. Um modelo de elementos finitos foi desenvolvido no ABAQUS e validado em relação aos experimentos e dados da literatura para investigar melhor o comportamento de colunas CFDST. O modelo de elementos finitos foi empregado em um estudo paramétrico para avaliar a influência de diferentes geometrias, resistência à compressão do concreto (fc), concreto reciclável de agregado graúdo e aplicação de carga excêntrica no comportamento de colunas CFDST. O diagrama de interação N-M é desenvolvido para comparar com os procedimentos de projeto disponíveis para colunas curtas CFDST e vigas-colunas. Finalmente, um estudo de confiabilidade foi conduzido para avaliar as equações propostas de diagrama de interação N-M. No geral, os resultados demonstraram que as colunas curtas CFDST com concreto reciclável de agregado graúdo atingem uma capacidade de carga final muito semelhante a membros com concreto convencional, no entanto, as expressões atuais de projeto existentes na literatura fornecem alguns resultados inseguros. O fator de confinamento desenvolvido para o concreto, a equação de capacidade de carga axial, a equação de flexão pura e o diagrama de interação N-M propostos demonstram estar em boa concordância com os experimentos e resultados de FE avaliados.

O crescimento populacional e a concentração de pessoas em cidades urbanas provocam a necessidade de abastecimento desses centros. A logística nacional tem em sua matriz de transportes o modo rodoviário como principal elo entre origem dos insumos e destino de consumo. A maioria das rodovias brasileiras foi construída há mais de 70 anos e não passa por processo de monitoração. Em diversas regiões do país o período chuvoso tem provocado deslizamentos e escorregamentos de terreno natural às margens de rodovias. Sabe-se que os recursos monetários para investimentos são escassos para serviços de monitoração, conservação, manutenção e melhorias. Então para que seja otimizada a utilização de tais recursos, propõe-se uma gradação do risco derivado de incidentes com terraplenos em rodovias. A questão paira sobre definir a matriz de riscos, considerando a probabilidade da ocorrência e o consequente impacto. Para estabelecer a análise da perspectiva relacionada à possibilidade de ocorrência de instabilização dos terraplenos em rodovias, propõe-se a utilização de um Processo Hierárquico Analítico – AHP e para o efeito do incidente na segurança rodoviária, a proposta prevê a avaliação do Nível de Serviço. A metodologia produz uma Matriz de Riscos para incidente derivado de terraplenos rodoviários, indicando hierarquização de níveis, de modo a permitir o planejamento para aplicação de recursos indicando a prioridade de serviços, em determinados períodos, que pode variar desde a continuidade de monitoração, passando pela recuperação e reforço, até a necessidade de obras de estabilização do terrapleno.

Este trabalho de pesquisa apresenta como objetivo principal o de avaliar qualitativamente e quantitativamente o efeito da interação pessoa-estrutura sobre o comportamento dinâmico de pisos, mediante o desenvolvimento de testes experimentais e modelagem numérica, considerando-se para tal o emprego de sistemas biodinâmicos associados a sistemas do tipo “massa-mola-amortecedor”, com um grau de liberdade (S1GL), objetivando representar o comportamento dinâmico das pessoas. Assim sendo, o estudo foi desenvolvido sobre o modelo estrutural de um piso misto (aço-concreto), pertencente ao projeto de um edifício composto por 12 pavimentos, existente e projetado para receber um hospital escola, localizado na cidade de Belo Horizonte/MG, Brasil. O piso investigado apresenta um sistema de pilares e vigas mistas aço-concreto e lajes do tipo steel deck, com área total de 1300m². Inicialmente, uma campanha de testes experimentais, correspondentes a ensaios de vibração livre e forçada, foi desenvolvida sobre o piso de interesse, referente às lajes de piso do 8º pavimento do edifício. Em paralelo, um modelo numérico em elementos finitos, via emprego do programa computacional ANSYS, foi desenvolvido levando-se em conta as características físicas e geométricas definidas em projeto, visando à calibração dos resultados das análises experimentais. Objetivando avaliar o comportamento dinâmico global do modelo estrutural, uma análise modal numérica foi realizada sobre as lajes de piso do 8º pavimento do sistema, e os resultados foram calibrados com base na resposta experimental obtida nos testes de vibração livre. Em seguida, testes experimentais de vibração forçada foram conduzidos sobre o piso misto, com base na utilização de frequências de passo distintas, além de inúmeras trajetórias adotadas para as pessoas caminhando sobre as lajes. Após a fase de calibração dos resultados experimentais, o nível de conforto humano do piso investigado foi avaliado através do desenvolvimento de um estudo paramétrico, mediante avaliação da influência das frequências de passo das pessoas, do número de pessoas caminhando e estacionárias sobre o piso, da taxa de amortecimento; e, ainda, de diferentes trajetórias dos pedestres caminhando sobre a estrutura. A resposta dinâmica do piso misto foi avaliada em função dos valores dos deslocamentos e acelerações, e os resultados foram comparados com aqueles gerados via utilização de modelos matemáticos tradicionais de carregamento dinâmico (modelos de “força dura”); e, também, com os limites para vibrações excessivas recomendados em normas tradicionais de projeto visando um estudo do conforto humano da estrutura. Os resultados encontrados ao longo desta investigação apontam para reduções quantitativas importantes referentes à resposta dinâmica do piso em estudo, quando os sistemas biodinâmicos são considerados na análise dinâmica, em comparação com os resultados fornecidos pelos modelos matemáticos de “força dura”, demonstrando a relevância do efeito da interação dinâmica indivíduo-estrutura para avaliações de conforto humano.

Estudos que viabilizem a construção civil em áreas caracterizadas por solos argilosos moles têm sido cada vez mais frequentes e necessários em função da expansão urbana. A utilização de técnicas para o condicionamento dos solos é, muitas vezes, indispensável para a realização de obras em determinadas áreas. Em meio a essas novas tecnologias, destaca-se a Consolidação Profunda Radial, conhecida como CPR Grouting, técnica de geoenrijecimento de solos moles definida pela cravação de geodrenos verticais e posterior criação de bulbos expandidos sequencialmente de baixo para cima na camada de solo, com a finalidade de proporcionar o adensamento. A avaliação do grau de melhoramento de solos geoenrijecidos com ensaios convencionais mostra-se um desafio, uma vez que a técnica promove a criação de um solo homogêneo reforçado por inclusões rígidas descontínuas dificultando a realização de ensaios invasivos. Nesse contexto, a geofísica pode fornecer uma ferramenta flexível para a avaliação em macroescala da eficiência do grauteamento, relacionando o aumento da velocidade da onda de cisalhamento com o ganho de rigidez do solo. A natureza dispersiva das ondas de superfície pode ser explorada usando várias técnicas para obter um modelo de distribuição de velocidade de onda de cisalhamento em função da profundidade, uma destas técnicas é a Análise Multicanal de Ondas de Superfície (MASW), chamada comercialmente de Tomografia Sísmica por Imagem. O presente trabalho tem como objetivo a análise de três obras que apresentam um programa de ensaios de campo composto por sondagens, ensaios pressiométricos e ensaios sísmicos. Procurou-se avaliar a capacidade das tomografias sísmicas na detecção do nível de melhoramento de solos moles tratados com a técnica CPR Grouting associando correlações entre as tomografias sísmicas e os ensaios tradicionais de campo como o ensaio pressiômetricos e sondagens, além da composição da curva de degradação para os solos pesquisados. Informações de classificação de solos, velocidade de ondas cisalhantes (Vs), resistência não drenada (Su) e sondagens foram coletadas nos três locais de estudo. A reunião de todos os dados permitiu o estabelecimento de correlações entre valores de NSPT x Vs e Su x Vs. As propostas foram avaliadas e mostraram alto coeficiente de correlação e concordância com estudos internacionais. A análise entre Vs e (pressão limite efetiva) pl ' não apresentou bons resultados. A avaliação do ganho de resistência foi positiva em todos os casos analisados, demonstrando o bom desempenho da técnica de melhoramento do solo e exibindo um ganho de resistência médio da ordem de 70%. Um comparativo fiel entre os locais não foi possível devido às diferentes configurações de aplicação da técnica, como espaçamento entre bulbos e malhas. Ainda assim, se pode inferir que os locais que mostraram melhor desempenho, maior ganho de resistência não drenada, foram aqueles em que a malha foi configurada em menor distância entre os drenos e menor espaçamento entre bulbos. Conclui-se que as variáveis impossibilitam o estabelecimento de um valor categórico para o ganho de resistência fomentado pela aplicação da técnica CPR Grouting, mas que os ensaios sísmicos conseguem capturar o grau de melhoramento do solo local levando em conta suas características específicas.

As pontes rodoviárias estão sujeitas a ações de carregamentos dinâmicos de impacto relevantes, oriundos de condições de tráfego aleatórias, ao longo da vida útil de serviço. A rugosidade dos pavimentos asfálticos representa um fator chave para o aumento significativo dos valores de deslocamentos e tensões sobre os tabuleiros das pontes. As ações das cargas dinâmicas, principalmente as cíclicas, podem vir a causar a nucleação de fraturas ou mesmo a propagação destas sobre a estrutura. Estes efeitos podem comprometer o sistema estrutural e sua confiabilidade, além de reduzir a vida útil das pontes. Assim sendo, este trabalho de pesquisa tem como objetivo o de desenvolver uma metodologia de análise estrutural dinâmica e verificação da fadiga de pontes rodoviárias de aço e mistas (aço-concreto), quando submetidas a ações de cargas provocadas pela travessia de veículos, considerando-se para tal a interação dinâmica do sistema veículo-estrutura com as irregularidades da pista, assim como a inclusão do efeito da deterioração progressiva do pavimento ao longo do tempo. Deste modo, um aplicativo computacional foi desenvolvido tendo como base a metodologia associada ao cálculo das tensões estruturais para análise de fadiga, visando à interligação entre o programa de elementos finitos ANSYS e o programa MATLAB. As abordagens locais para verificação à fadiga são investigadas sobre determinados detalhes estruturais de ligações soldadas das pontes, pois estes detêm os problemas mais críticos e que requerem ferramentas eficientes para permitir soluções viáveis. Objetivando contextualizar e contribuir para os principais desenvolvimentos da pesquisa, os métodos relevantes de análise de fadiga disponíveis nos códigos de projeto são estudados, tais como: o método de tensão nominal global e o método da tensão hot-spot em detalhes com ligações soldadas. Neste contexto, foram adotadas inicialmente duas pontes rodoviárias como casos de estudos, visando comparar as respectivas respostas em termos de comportamento dinâmico, para ao final selecionar uma destas estruturas para a investigação. O caso de estudo selecionado corresponde a uma ponte típica rodoviária mista (aço-concreto), com eixo reto e vão de 40 metros. O sistema estrutural é constituído por quatro longarinas metálicas e uma laje de concreto com 0,225 m de espessura. O modelo numérico da ponte e o modelo do veículo foram desenvolvidos com base no emprego do programa ANSYS, por meio do uso de técnicas usuais de discretização, via emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF). Considerando-se a abordagem via tensão hot-spot, os resultados da investigação mostraram que este método é mais eficiente e capaz de proporcionar respostas estruturais mais realistas, quando comparado aos métodos de análise convencionais. De forma a ilustrar a aplicação do método da tensão hot-spot para verificação à fadiga da ponte rodoviária investigada, são apresentados e discutidos os resultados obtidos para a vida útil de serviço da estrutura, considerando-se diversos cenários de danos baseados no tráfego rodoviário simulado ao longo do estudo. Finalmente, os resultados alcançados demonstram a relevância da renovação do pavimento da pista a partir do décimo quarto ano, com referência ao início do tráfego de veículos sobre o tabuleiro, visto que tal medida contribui efetivamente para a diminuição dos valores das tensões e do dano estrutural, produzindo um aumento significativo da vida útil à fadiga dos detalhes mais críticos da ponte rodoviária.