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O ensaio de sondagem SPT (Standard Penetration Test) é sem dúvida o sistema de sondagem mais utilizado no Brasil e no mundo pela engenharia geotécnica e de funda-ções. A sua simplicidade e robustez, aliadas ao baixo custo do equipamento e à expe-riência empírica acumulada na sua execução e interpretação, fazem deste teste uma ferramenta indispensável à prática de engenharia. Contudo, o ensaio tem sido objeto freqüente de críticas, que abrangem aspectos relacionados à dispersão de resultados, dependência do operador e diversidade de equipamentos e procedimentos. Esta falta de uniformidade tem como principal conseqüência uma variabilidade significativa da energia que de fato chega ao solo na extremidade do amostrador, responsável pela sua ruptura e conseqüentemente correlacionada aos resultados do ensaio. O presente trabalho é parte de uma investigação experimental mais ampla, na qual foi realizada a monitoração de energia durante a cravação do amostrador no ensaio SPT, bem como da identificação dos fatores que influenciam sua medição. Além desse trabalho expe-rimental, um modelo numérico do SPT também foi desenvolvido, que por sua vez é o tema central deste trabalho. O modelo consiste em um esquema de discretização para o sistema completo (martelo, hastes, amostrador e solo), no qual as equações de equilí-brio dinâmico são resolvidas por meio de diferenças finitas. No ponto de contato entre martelo e haste são impostas condições de contorno especiais, de forma a assegurar a compatibilidade de deslocamentos durante o impacto do martelo. O solo imediata-mente abaixo do amostrador é representado pelo modelo de Smith. Os resultados das simulações indicam que a energia medida no tempo, em diversos pontos da haste e no solo, depende de fatores usualmente não considerados, tais como o repique do martelo e o comprimento da haste, bem como da própria penetração do amostrador, que pode representar um acréscimo significativo no valor padrão da energia potencial inicial do sistema. Estes resultados numéricos são finalmente comparados com observações experimentais. From the various methods of ground investigation currently practicised worldwide, the Standard Penetration Test, SPT, remains as the most popular, widely used in situ testing technique. Given its simplicity, low cost and robust-ness, along with the large empirical experience gathered in different geomate-rials, this technique is recognized as a valuable engineering tool in geotechni-cal practice. However, there are still some important aspects of interpretation that are open to debate, most of them related to scatter in test data produced by the highly variable energy delivered to the SPT rods, which are believed to de-pend on both the type of equipment and test procedure. Until recently, research efforts have not produced a sounding approach to assess the energy reaching the sampler, which is responsible for the sampler penetration and is therefore directly correlated to soil shear strength properties. The present work is part of a comprehensive research program reported by Odebrecht (2003), which include measurements of the energy contained in the stress wave that propagates down the drill rods as well as the identification of the most relevant factors affecting these measurements. Besides the expe-rimental work, a numerical model was developed to simulate the propagation mechanism. This model consists of a discretization of the complete SPT system, including hammer, rods, sampler and soil, in which the associated dynamic equilibrium equations are solved by means of a finite differences scheme in time domain. Special boundary conditions are applied to the contact surface between hammer and rod top, in order to ensure displacement compatibility during impact. The soil beneath the sampler tip is modeled as elasto-perfectly plastic, according to Smith (1960). Results from the simulations indicate that the energy transmitted to the sampler-soil system is a function of the length of the rods, the secondary im-pacts of the hammer and the permanent penetration of the sampler. These effects, often disregarded in practice, should be considered when calculating the potential energy delivered by the SPT.

Um modelo discreto dinâmico em treliça, com caráter probabilístico, é desenvolvido e empregado na representação do fenômeno de ruptura de matérias não-homogêneos. Para os elementos é adotada um relação constitutiva bilinear com “strain-softening”, sendo que este efeito é ajustado de modo a se ter uma invariância, como o nível de discretização, do consumo de energia durante a ruptura. Os resultados são obtidos através de uma integração numérica explícita das equações de equilíbrio, pelo método de diferenças finitas centrais. Esta técnica permite análises onde ocorram movimentos de corpo rígido, típicos de fase pós-ruptura. O modelo mostra-se capaz de permitir simulações através das quais se obtêm informações como velocidade e geometria da propagação de fraturas, tensões críticas de ruptura e influência da velocidade de aplicação dos carregamentos. Enfoque especial é dado ao efeito de escala, devido à possibilidade de obtê-lo tanto em problemas básicos da Mecânica Elástica Linear das Fraturas, onde existe uma fissura inicial definida, como em situações nas quais se tem um corpo suposto intacto, mas cujas propriedades mecânicas variam através de seu volume.

A crescente verticalização dos meios urbanos com significativas transformações nas aglomerações urbanas, levou a consideração de carregamentos com influências de forças horizontais, advindas da ação do vento. Diferentes densidades de vizinhança alteram o comportamento do escoamento do vento e refletem em efeitos de interferência que afetam positivamente ou negativamente as edificações, devido à complexidade da sua natureza, composta por variáveis como o tamanho e formato das edificações, suas posições de interferência, tipos de escoamento e direções de incidência do vento. Esta pesquisa consiste na realização de uma caracterização aerodinâmica no modelo reduzido do edifício CAARC Standard Tall Building, através de um extenso estudo desenvolvido no túnel de vento do LAC/UFRGS, simulando um perfil com expoente 0,23, realizado com a inserção de distintas densidades de vizinhança a barlavento, através de três configurações de vizinhança, denominadas Configuração I (um modelo interferente), Configuração II (dois modelos) e Configuração III (três modelos), com diferentes posições relativas entre os modelos, D, 2D, 4D e 8D, onde D é a menor dimensão do modelo aerodinâmico, visando compreender a relação de interação entre tais parâmetros na caracterização dos efeitos de interferência da vizinhança. Com base nos resultados, tanto a quantidade de edifícios interferentes quanto o espaçamento influenciam na determinação dos coeficientes. Os coeficientes de força no eixo x são similares em todas as configurações com vizinhança. Já os coeficientes de força no eixo y apresentam diferenças consideráveis conforme a inserção e a variação da quantidade e espaçamento das edificações. Para os fatores de vizinhança (FV), a grande maioria das forças no eixo x foram majoradas (96,2%), em contrapartida no eixo y, a maioria das ações foram reduzidas (65,4%). Os resultados indicam que os valores de FV são dados principalmente em função da proximidade e do tamanho das edificações diretamente no entorno. A adição de outros modelos interferentes não altera significativamente os resultados para os fatores de vizinhança, estando em conformidade com as preconizações do Anexo G da NBR6123:1988. The growing verticalization of urban areas with significant transformations in urban agglomerations, led to the consideration of loads with influences from horizontal forces, arising from the action of the wind. Different neighborhood densities change the behavior of wind flow and reflect in interference effects that positively or negatively affect buildings, due to the complexity of their nature, composed of variables such as the size and shape of buildings, their positions of interference, types of flow and wind incidence directions. This research consists of conducting an aerodynamic characterization of the reduced model of the CAARC Standard Tall Building, through an extensive study developed in the LAC/UFRGS wind tunnel, simulating a profile with 0.23 exponent, performed with the insertion of different windward neighborhood densities, through three neighborhood configurations, called Configuration I (one interfering model), Configuration II (two models) and Configuration III (three models), with different relative positions between models, D, 2D, 4D and 8D, where D is the smallest dimension of the aerodynamic model, aiming to understand the interaction relationship between such parameters in the characterization of neighborhood interference effects. Based on the results, both the amount of interfering buildings and the spacing influence the determination of the coefficients. The force coefficients on the x-axis are similar in all configurations with neighborhood. The force coefficients on the y-axis, on the other hand, show considerable differences according to the insertion and variation in the quantity and spacing of buildings. For neighborhood factors (FV), most forces on the x-axis have been increased (96.2%), on the other hand, in the y-axis, most actions have been reduced (65.4%). The results indicate that the FV values are mainly given as a function of the proximity and size of the buildings directly in the surroundings. The addition of other interfering models, didn’t significantly change the results for the neighborhood factors, being in accordance with the recommendations of Annex G of NBR6123:1988.

No âmbito das construções civis, a diminuição da capacidade portante juntamente com incertezas relacionadas ao estado de integridade pode ocasionar, em casos extremos, a inviabilidade da utilização das mesmas ou até mesmo o colapso. Consequentemente, evidenciase a possibilidade de danos à manutenção da vida, perdas financeiras, econômicas, ambientais ou uma combinação entre todos. Como forma de combater tais empecilhos, o Monitoramento da Integridade Estrutural (MIE) emerge como uma prática de grande relevância. O monitoramento de uma estrutura possibilita estabelecer políticas mais eficientes de atuação tanto em âmbito emergencial quanto de manutenção preventiva, reduzindo, assim, custos e tempo de reparo. Em contrapartida, a implantação do MIE encontra alguns desafios na sua difusão. Dentre eles, destacam-se os altos custos relacionados a implantação e manutenção do sistema. Com o intuito de tornar a utilização do MIE mais atrativa, necessita-se desenvolver dispositivos que empreguem tecnologias atuais, compactas, de baixo custo e fácil instalação. Tomando como enfoque a detecção de danos baseada em vibração, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver, programar e implementar um dispositivo de baixo custo baseado em acelerômetro MEMS a ser aplicado como ferramenta no monitoramento de integridade estrutural. A instrumentação sugerida caracterizou-se por ser um sistema de aquisição de dados composto por três unidades de medição simultânea. Cada uma delas possuía um sensor MPU 6500 gerenciado por um microprocessador ESP 32. A aquisição e interpretação dos dados oriundos de cada uma dessa unidades ficou a cargo de um Raspberry Pi 3. Como forma de avaliar o comportamento do sistema, o mesmo submeteu-se a ensaios de performance de ruído, throughput de rede, perdas no envio de dados e validação de leitura. Além disso, utilizou-se o dispositivo proposto para extrair as frequências naturais de um modelo de dimensões reduzidas. Por fim, avaliou-se o total gasto para construção do dispositivo proposto. Conclui-se por meio dos resultados que foi possível desenvolver um sistema de aquisição de dados confiável para emprego no monitoramento de integridade estrutural, utilizando equipamentos de baixo custo e grande disponibilidade no mercado. In the context of civil constructions, the reduction of carrying capacity in addition to uncertainties related to their integrity can cause, in extreme cases, the impossibility of using them or even a collapse. Consequently, there is the possibility of damage considering financial, economic, and environmental aspects and the maintenance of life or a combination of all. As a way to combat such obstacles, Structural Health Monitoring (SHM) emerges as a highly relevant practice. Monitoring a structure enables the establishment of more efficient action policies in emergency cases and preventive maintenance, thus reducing costs and repair time. On the other hand, the implementation of the SHM faces some challenges in its diffusion. Among them, the high costs related to the implementation and maintenance of the system stand out. In order to make the use of the MIE more attractive, it is necessary to develop devices that employ current, compact, low-cost, and easy-to-install technologies. Focusing on vibrationbased damage detection, this work aims to develop, program and implement a low-cost MEMS accelerometer-based device to be applied as a tool in structural health monitoring. The suggested instrumentation was characterized by being a data acquisition system composed of three simultaneous measurement units. Each one of them had a MPU 6500 sensor managed by an ESP 32 microprocessor. The acquisition and interpretation of data from each of these units was in charge of a Raspberry Pi 3. As a way of evaluating the behavior of the system, it was submitted to noise performance tests, network throughput, data sending losses and read validation. Furthermore, the proposed device was used to extract the natural frequencies of a model with reduced dimensions. Finally, the total expenditure for construction of the proposed device was evaluated. It is concluded through the results that it was possible to develop a reliable data acquisition system for use in structural health monitoring, using equipment of low cost and wide availability in the market.

A identificação de sistemas visa mensurar a descrição matemática de um sistema analisando as suas entradas e saídas. No contexto da Engenharia Civil, as estruturas como edifícios, torres e pontes são os sistemas e os parâmetros a serem identificados são as frequências naturais, razões de amortecimentos e formas modais. As entradas são os carregamentos aplicados e as saídas são as respostas estruturais, as quais podem ser medidas em termos de deslocamentos, velocidades ou acelerações. Para que o processo de identificação seja conduzido, é necessário que exista algum carregamento atuante na estrutura. Em estruturas de grande porte, a análise de sua vibração decorrente de ações ambientais torna-se mais adequada, como, por exemplo, aquelas causadas pelo vento em edifícios e torres, pelo tráfego em pontes e por pessoas em passarelas. A identificação de estruturas a partir de excitações ambientais é denominada identificação estocástica de sistemas. Nesta apenas a resposta (saída) é medida, sendo a excitação considerada como um processo estocástico multidimensional, representado tipicamente por um ruído branco. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de rotinas que permitam a simulação do processo de instrumentação e identificação de uma estrutura, visando auxiliar o planejamento das medições e aproveitar ao máximo as caraterísticas dos sensores disponíveis. Apresenta-se a teoria de identificação de sistemas no âmbito da Engenharia Civil, enfatizando métodos que utilizam apenas os dados da resposta estrutural. A partir da teoria apresentada, desenvolveu-se um módulo em linguagem Python denominado CESSIPy, o qual é público, aberto e encontra-se disponível na plataforma de hospedagem GitHub. Procedeu-se a simulação do processo de identificação de um edifício alto sob ação do vento, utilizando as forças medidas em túnel de vento e a técnica High Frequency Pressure Integration. Validaram-se as rotinas na identificação de estruturas reais: a Passarela P01 em Passo Fundo, a Passarela Domingos Martins em Canoas e a Ponte Z24 na Suíça. The process of finding a mathematical model of a dynamic system from inputs and/or outputs is called system identification. In a civil engineering context, structures, such as buildings, towers, and bridges are the systems and the identified model is a modal model consisting of eigenfrequencies, damping ratios and modal shapes. For large structures, in-operation vibration tests are cheaper and simpler. Vehicle traffic in bridges and wind in buildings are examples of ambient excitations. When the structure is excited by an unmeasurable input force and only output measurements are available, the process is called stochastic system identification. The loads are treated as multidimensional stochastic processes, typically under the assumption of having white noise characteristics. Therefore, the main aim of this thesis is to develop a computational tool for identification of civil engineering structures from output-only data. An open-source Python code was created, which is available at GitHub website. The tool implements the frequency domain Peak-Picking (PP) method and Enhanced Frequency Domain Decomposition method (EFDD), as well as the time domain Stochastic Subspace Identification techniques (SSI COV and SSI DATA) and the Instrumental Variable method (IV). Then, the identification of a tall building excited by wind load was simulated. Boundary layer wind tunnel measurements were combined with the High Frequency Pressure Integration technique to estimate building response and modal parameters were estimated from acceleration measurements. Finally, vibration data from ambient tests of the footbridge P01 in Passo Fundo, the footbridge Domingos Martins in Canoas and the bridge Z24 in Switzerland are analyzed to extract modal parameters.

A camada limite atmosférica (CLA) é a região da troposfera que é diretamente influenciada pela superfície terrestre. Nesta região o perfil de velocidades do vento é variável e as velocidades são menores quanto mais próximas estiverem da superfície terrestre devido à influência da rugosidade superficial. Entretanto quando o escoamento do vento incide em terrenos não planos, ou seja, com morros e taludes o perfil de velocidades é influenciado por esta topografia. No cume de morros ou taludes, ocorre o fenômeno do speed-up, que é um aumento das velocidades nesta região. Esta pesquisa tem como foco a investigação do perfil de velocidades em um escoamento turbulento, para topografias isoladas. Para tanto, foram utilizados dois métodos para obtenção do perfil de velocidades: ensaios experimentais em túnel de vento e aplicação de normas e modelos analíticos de carregamento do vento. Os modelos experimentais dos morros têm seção transversal triangular e sinusoidal, com ângulos de 20° e 45°. Quanto à dimensionalidade, podem ser bidimensionais ou tridimensionais. Além do estudo de morros, nesta tese também será desenvolvido o estudo em taludes, neste caso, a seção transversal é triangular bidimensional. Os ângulos analisados são de 20° e 45° e apresentam patamares intermediários a barlavento. Os modelos foram ensaiados para a categoria de terreno I, conforme a Norma Brasileira NBR 6123 (ABNT, 1988): superfícies lisas de grandes dimensões, no túnel de vento Prof° Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Os modelos analíticos estudados foram: Jackson e Hunt (1975), Lemelin, Surry e Davenport (1988) e as normas estudadas são: NBR 6123 (ABNT, 1988), Eurocode 1 (CEN-TC, 2010), AIJ (AIJ, 2004), NBCC (NRCC, 2010), AS/NZS (AS/NZS, 2011), ASCE (ASCE, 2010). Além disso, uma importante contribuição desta tese é uma proposição para o fator topográfico da NBR 6123.Os resultados para os morros e taludes estudados apresentaram perfis de velocidades a barlavento, cume e sotavento compatíveis com a literatura estudada. Em relação as diferentes características estudadas, no geral, observaramse diferenças significativas entre as variáveis. Para os ângulos estudados observou-se que o ângulo de 45° apresentou maiores incrementos de velocidade no cume. Em relação à seção transversal, os modelos sinusoidais apresentaram maiores incrementos de velocidades no cume. A extensão do cume de 1H e 3H apresentou diferenças significativas tanto para modelos 2D como 3D. Os taludes 2D com patamares intermediários a barlavento apresentou significativa diminuição das velocidades no cume do morro e é influenciado pela quantidades e comprimento destes patamares. Quando comparados os resultados experimentais às normas, observa-se que há uma tendência dos modelos em superestimar os valores dos perfis de velocidades. Além disso, cada modelo possui características próprias e adequadas ao país de origem. Dentre as normas estudadas, a norma brasileira NBR 6123 apresentou os maiores incrementos de velocidades em comparação com as demais normas. A proposição da nova formulação para o fator topográfico apresentou valores bem precisos com os dados experimentais, para os modelos 2D Morros, 3D Morros e 2D Taludes. The atmospheric boundary layer (ABL) is a region of the troposphere that is directly influenced by Earth’s surface. In this region the wind speed profile is variable and the speeds are lower the closer they are to the Earth’s surface due to the influence roughness surface. However, when the wind flow occurs in non-flat terrain, that is, with hills and slopes the wind speed profile is influenced by the topography. In the top of the hills and ridges occur the speed-up phenomenon, which is an increase in speeds closest to the surface. This research focuses on the investigation of the structure of the wind flow, analyzing in detail the speed profile in a turbulent flow, for the isolated topographies. For this, two methods were used to obtain the speed profile: experimental tests in the wind tunnel and application of wind load codes and analytical models. The experimental models of the hills have a triangular and sinusoidal cross section, with angles of 20° and 45°. As for dimensionality, they can two-dimensional or three-dimensional. In addition to the hill study, in this thesis the ridge study will also be developed, in this case, the cross section is two-dimensional triangular. The angles analyzed are 20° and 45°, and have a upwind levels. The models were tested for the terrain category, according to Brazilian Standard NBR 6123 (ABNT, 1988): I – large smooth surfaces, in the wind tunnel Prof° Joaquim Blessmann at Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). The analytical models studied were: Jackson e Hunt (1975), Lemelin, Surry e Davenport (1988), and the standards studied were: NBR 6123 (ABNT, 1988), Eurocode 1 (CEN, 2010), AIJ (AIJ, 2004), NBCC (NRCC, 2010), AS/NZS (AS/NZS, 2011), ASCE (ASCE, 2010). Furthermore, one important contribution thesis is a proposition for the topographic factor of NBR 6123. The results for the hills and ridges studies presented wind speed profile in the upwind, top and downwind compatible with the studied literature. In relation to the different characteristics studied, in general, were observed significant differences between the variables. For the studied angles it was observed that the 45 ° angle showed greater increments of speed at the summit. In relation to the cross section, the sinusoidal models showed higher increments of speed at the summit. The ridge extension of 1H and 3H showed significant differences for both 2D and 3D models. 2D slopes with intermediate windward levels showed a significant decrease in speed at the top of the hill and is influenced by the number and length of these levels.When comparing the experimental results to the standards, it is observed that there is a tendency of the models to overestimate the values of the wind speed profiles. In addition, each model has its own characteristics and appropriate to the country of origin. Among the studied standards, the NBR 6123 present the largest speed increments compared to the other standards. The proposal of the new formulation for the topographic factor presents very precise values, given by experiments, for the 2D Morros, 3D Morros and 2D Slopes models.

A maioria das normas que preconizam as cargas devidas ao vento em edifícios foram derivadas de estudos em túneis de vento com modelos de edifícios isolados. No entanto, em ambientes reais, as cargas de vento em edifícios altos cercados por outros edifícios altos podem ser bem diferentes daquelas para isolados. Edifícios altos na vizinhança podem aumentar ou diminuir significativamente as cargas de vento locais que atuam nos elementos de revestimento do edifício, bem como a carga de vento total que atua na estrutura. Infelizmente, poucas normas referem-se às cargas de vento induzidas por efeitos de vizinhança, sendo que algumas apenas os citam e os alertam brevemente sobre o fenômeno. Este trabalho tem como objetivo central a determinação dos fatores de vizinhança considerando coeficientes de força, coeficientes de torção e deslocamentos flutuantes longitudinais, transversais e torcionais em um modelo de edifício alto padrão (CAARC Standard Tall Building). Os testes foram realizados para duas configurações de vizinhança no entorno considerando dois tipos de perfis de vento natural incidente, simulando situações reais. Os resultados foram obtidos a partir de ensaios no túnel de vento Prof. Joaquim Blessmann. Os ensaios estáticos foram realizados a partir da medição de pressões na superfície do modelo. Os ensaios dinâmicos foram realizados utilizando uma balança dinâmica de três graus de liberdade (BD3GDL). Busca-se contribuir com o aumento do conhecimento sobre os fatores de vizinhança indicados para uso pela NBR-6123. Nos ensaios estáticos, a presença das vizinhanças causou, em geral, o efeito de proteção esperado provocando uma diminuição nos coeficientes de pressão, coeficientes de força e de torção comparados com o edifício isolado. No entanto, a resposta flutuante dos ensaios dinâmicos sofreu amplificações significativas nos três graus de liberdade para determinadas configurações de vizinhança e tipo de vento incidente. Most standards for wind loads in buildings were derived from wind tunnel studies of isolated building models. However, in real environments, wind loads on tall buildings surrounded by other tall buildings may be quite different from those in isolation. Tall buildings in the surrounding area can significantly increase or decrease local wind loads acting on the building cladding as well as the wind load acting on the structure. Unfortunately, few standards refer to wind load-induced neighborhood effects, but only cite and warn them briefly about their risks. The main objective of this study is the determination of neighborhood factors considering pressure coefficients, force coefficients, torsion coefficients and longitudinal, transversal and torsional floating displacements in a CAARC Standard Tall Building for two configurations surrounding neighborhood considering two types of incident natural wind profile, simulating real situations. The results were obtained from tests in the wind tunnel Prof. Joaquim Blessmann. Static tests were performed using pressure taps. The dynamic tests were performed using a dynamic scale of three degrees of freedom (BD3GDL) through aeroelastic modeling. We seek to contribute to the increase in knowledge about neighborhood factors for use by NBR- 6123. In the static tests, the presence of the neighborhoods caused, in general, the expected protection effect, causing a decrease in the pressure coefficients, force and torsion coefficients compared to the isolated building. However, the fluctuating response of dynamic tests has undergone significant amplifications in the three degrees of freedom for certain neighborhood configurations and incident wind type.

Estruturas como torres e edifícios são vulneráveis ao fenômeno de desprendimento de vórtices, devido à sua esbeltez e forma rombuda. A influência de tal fenômeno é tão importante no projeto estrutural, que a arquitetura externa de edifícios proeminentes é desenvolvida de forma a mitigar os esforços gerados pelo desprendimento de vórtices. Apesar de esse tipo de estrutura ser considerado simples dos pontos de vista estrutural e aerodinâmico, o estudo das vibrações transversais nessas estruturas é bastante complicado, pois envolve a interação entre tópicos complexos da mecânica dos fluidos e estrutural, tornando a determinação confiável da resposta estrutural um dos problemas mais difíceis da Engenharia do Vento. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo a proposta de uma metodologia para a NBR-6123, a qual permita o dimensionamento de estruturas de seção transversal retangular frente ao fenômeno de desprendimento de vórtices. Tal metodologia é derivada da aplicação dos espectros da força de sustentação na equação de admitância mecânica. Para tanto, foram realizados ensaios no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann de dez modelos com diferentes relações dimensionais, com diferentes perfis de vento, visando à obtenção de coeficientes de sustentação e espectros da força de sustentação. Alguns modelos reproduziram ensaios encontrados na bibliografia, o que permitiu a comparação dos espectros para a validação dos resultados, sendo que todos os ensaios comparados foram condizentes com as informações obtidas na bibliografia. Para a validação do uso de espectros obtidos de modelos simples, isto é, sem detalhes construtivos, foi feita a comparação com o modelo em escala reduzida de um edifício real, o que mostrou que a metodologia proposta para a NBR-6123 é promissora. Structures such as towers and tall buildings are quite vulnerable to the vortex shedding phenomenon, due to their slenderness and non-aerodynamic form. The influence of the phenomenon is so important in the structural design, that the external architecture of prominent tall buildings is developed in order to mitigate the efforts generated by vortex shedding. Although many of these structures are considered simple from structural and aerodynamic viewpoints, the study of cross-wind vibrations in these structures is quite complicated, as it involves the interaction of complex topics of fluid and structural mechanics, making the reliable determination of the structural response one of the most complicated problems in Wind Engineering. Thus, the present work aims to propose a methodology for the Brazilian Wind Code, which considers the vortex shedding phenomenon in the design of rectangular crosssectional structures. Such methodology is derived from the application of the lift force spectrum in the mechanical admittance equation. For this purpose, tests of ten models with different dimensional ratios were undertaken in the Professor Joaquim Blessmann Wind Tunnel, in order to obtain lift coefficients and lift force spectra. Some models reproduced tests found in the bibliography, which allowed the comparison of the spectra to validate the results. All the tests compared were consistent with the information obtained in the bibliography. For the validation of the use of spectra obtained from simplistic models, i.e., without constructive details, a comparison was made with a test on a reduced-scale model of a real building, which showed that the proposed methodology for the Brazilian Wind Code is promising.

Este trabalho visa desenvolver um sistema de ensaio reduzido (escala de comprimento 1:10), com o objetivo de simular forças de tração aplicadas às linhas de ancoragem offshore. Através do modelo de ensaio, será possível estudar as forças que realmente são transmitidas aos elementos de fundação de sistemas de ancoragem offshore, que possibilitará o cálculo da atenuação de carga que ocorre na catenária inversa, formada no trecho da linha embutida no solo. O desenvolvimento da pesquisa foi baseado em um caso típico, fornecido pela empresa Petróleo Brasileiro S.A. (Petrobras), referente ao projeto de ancoragem de uma plataforma FPSO (Floating, Production, Storage and Offloading), que utiliza como elemento de fundação estacas torpedo, instaladas em solo marinho argiloso, ligadas à FPSO por linhas de ancoragem em configuração taut leg. Para simular a linha de ancoragem embutida no solo, foi utilizada uma corrente de elos, na qual será aplicada cargas de tração, por meio de uma talha manual presa à um tripé de sondagem SPT. Para realizar o embutimento da corrente no solo, será utilizado um conjunto de tubos metálicos de 37 mm e 16 mm de diâmetro externo e interno, respectivamente, que são normalmente utilizados no equipamento de sondagem CPTu. Para impedir grandes deslocamento do conjunto de tubos durante os ensaios e proporcionar a reação necessária às forças aplicadas, realizou-se em um dos seguimentos de tubo o acoplamento de duas aletas laterais, que tiveram suas dimensões determinadas através da modelagem numérica. O sistema de ensaio foi instrumentado com uma célula de carga instalada entre o tubo modificado e o segmento de corrente embutido no solo, e outra célula ligada na porção de corrente acima do solo, quantificando, respetivamente, a solicitação de carga gerada no tubo metálico e a carga externa aplicada. Logo, a atenuação de carga que ocorrer durante o ensaio, será determinada através da diferença das duas leituras. This work aims to develop a reduced test system (length scale 1:10), with the objective of simulating tensile forces applied to the offshore anchoring lines. Through the test model, it will be possible to study the forces that are actually transmitted to the foundation elements of offshore anchoring systems, which will enable the calculation of the load attenuation that occurs in the reverse catenary, formed in the stretch of the line embedded in the ground. The development of the research was based on a typical case, provided by the company Petróleo Brasileiro SA (Petrobras), related to the anchoring project of an FPSO platform (Floating, Production, Storage and Offloading), which uses torpedo piles as the foundation element, installed on clayey marine soil, connected to the FPSO by anchoring lines in taut leg configuration. To simulate the anchoring line embedded in the ground, a chain of links was used, in which traction loads will be applied, by means of a manual hoist attached to an SPT sounding tripod. To bury the chain in the ground, will be used a set of metal tubes of 37 mm and 16 mm of external and internal diameter, respectively, which are normally used in the drilling CPTu equipment. To prevent large displacement of the set of tubes during the tests and to provide the necessary reaction to the applied forces, two side fins were coupled in one of the tube segments, which had their dimensions determined through numerical modeling. The test system was instrumented with a load cell installed between the modified tube and the current segment embedded in the ground, and another cell connected in the current portion above the ground, quantifying, respectively, the load demand generated in the metal tube and the external load applied. Therefore, the load attenuation that occurs during the test, will be determined by the difference between the two readings.

Na análise de estruturas e geotecnia existem várias hipóteses de modelagem, sendo algumas das mais restritivas: desacoplamento, homogeneidade de corpos e variáveis determinísticas, entre outras. Na tentativa de superar estas hipóteses, nesta tese foi desenvolvido um sistema para resolver o problema da confiabilidade da interação entre o solo e os campos estocásticos que incluiu a realização de três núcleos de cálculo. O primeiro, responsável pelo modelo de elementos finitos onde são avaliadas as funções de estado limite que definem a falha ou não falha do sistema, o segundo, responsável pelo modelo probabilístico que fornece os métodos de cálculo da probabilidade de falha e o índice de confiabilidade do sistema e, o terceiro, um gerador de campo aleatório que permite a variabilidade espacial das variáveis aleatórias do sistema. Os três núcleos de computação foram desenvolvidos separadamente e ligados ao trabalho em colaboração. Inicialmente, os dois primeiros núcleos foram desenvolvidos e interligados, e modelos de confiabilidade estrutural foram feitos para verificar o seu funcionamento. Posteriormente, o terceiro núcleo de cálculo foi desenvolvido para suportar os primeiros dois e três modelos foram testados para verificar o seu funcionamento. Finalmente, foi realizada uma análise probabilística da sensibilidade das variáveis no problema de interação solo-estaca e um estudo paramétrico da influência do comprimento das estacas no cálculo dos índices de confiabilidade. Os resultados obtidos levam a concluir que a inclusão da hipótese de heterogeneidade do solo utilizando campos aleatórios é o avanço mais importante na análise probabilística do comportamento do solo e que o índice de confiabilidade varia significativamente com o aumento do comprimento da estaca até um certo ponto, após o qual as mudanças no índice de confiabilidade não são mais significativas para a segurança da estaca. Os resultados encontrados nesta tese constituem uma contribuição para o estado atual do conhecimento, uma vez que estabelecem critérios que podem ser úteis na análise e projeto das estacas. In the analysis of structures and geotechnics there are various hypotheses for modeling, some of the most restrictive being: decoupling, homogeneity of bodies and deterministic variables, among others. In an attempt to overcome these hypotheses, in this thesis a system was developed to solve the reliability of the soil-pile interaction problem with stochastic fields that included the realization of three calculation cores. The first one, in charge of the finite element model where the limit state functions that define the failure or non-failure of the system are evaluated, the second one, in charge of the probabilistic model that provides the calculation methods of the failure probability and the system reliability index, and, the third one, a random field generator that allows the spatial variability of the random variables of the system. The three computation cores were developed separately and linked to work collaboratively. Initially, the first two cores were developed and linked, and structural reliability models were made to verify their operation. Subsequently, the third calculation core was developed to support the first two and three models were tested to verify its operation. Finally, a probabilistic analysis of the sensitivity of the variables in the soil-pile interaction problem and a parametric study of the influence of pile length on the calculation of reliability indices were carried out. The results obtained lead to the conclusion that the inclusion of the hypothesis of soil heterogeneity using random fields is the most important advance in the probabilistic analysis of soil behavior and that the reliability index varies significantly with increasing pile length up to a certain point after which changes in the reliability index are no longer significant for pile safety. The results found in this thesis constitute a contribution to the current state of knowledge as they establish criteria that can be useful in pile analysis and design.

Estruturas verticais estão ficando cada vez mais altas devido ao aumento da urbanização e adensamento das cidades. De acordo com a sua esbeltez inerente, resultando em baixos valores de frequência natural, esses prédios estão suscetíveis a vibrações induzidas pelo vento podendo causar desconforto para os ocupantes. Já pequenos e perceptíveis níveis de aceleração com gamas de frequências baixas relevantes para vibrações de corpo inteiro podem causar náuseas e desconforto, enquanto altos níveis de aceleração podem ser alarmantes e causar medos aos ocupantes. Esse trabalho propõe uma revisão literária sistemática em termos de metanálise com os estudos empíricos da área de conforto em edifícios altos. A metanálise foi segmentada na verificação do viés de publicação, sensibilidade das metodologias e verificação dos estimadores de aceleração. Além disso, uma comparação dos resultados dos critérios de limite de aceleração obtidos a partir da metanálise com as principais normas de conforto vigentes é realizada. Por fim, uma recomendação para a atualização da norma NBR 6123:1988 é feita. A metanálise utilizou dois modelos de efeitos, o de efeitos fixos sendo o método da máxima verossimilhança (MLE) e o de DerSimonian & Laird/Método dos momentos (MOM) para o modelo de efeitos aleatórios, no qual os resultados foram os mesmos para ambos. O critério final proposto tem limites inferiores e próximos à norma ISO 10137(2007) e similar à curva H-70 do critério da AIJ-GEH. Com relação à norma NBR 6123:1988, os limites de percepção de aceleração são maiores a uma frequência de aproximadamente 0,3 Hz e inferiores a partir disso. Vertical structures are getting higher due to increased urbanization and densification of cities. According to their inherent slenderness, resulting in low natural frequency values, these buildings are susceptible to wind-induced vibrations in which can cause discomfort to the occupants. Already small and noticeable levels of acceleration with low frequency ranges relevant to whole body vibrations can cause nausea and discomfort, while high levels of acceleration can be alarming and cause fear among occupants. This research proposes a systematic literary review in terms of meta-analysis about empirical studies of comfort field in high-rise buildings. This research proposes a systematic literary review in terms of meta-analysis with the empirical studies of the comfort in high-rise buildings field. The meta-analysis was segmented in the verification of the publication bias, sensitivity of the methodologies and verification of the acceleration estimators. In addition, a comparison of the acceleration limit results criteria obtained from the meta-analysis with the main current comfort standards is performed. Finally, a recommendation for updating the NBR 6123: 1988 standard is made. The meta-analysis used two effects models, the fixed effects being the maximum likelihood (MLE) and the DerSimonian & Laird / Method of moments (MOM) for the random effects model, in which the results were the same for both. The proposed final criterion has lower and approximate limits to ISO 10137 (2007) and similar to the H-70 curve of the AIJ-GEH criterion. With respect to standard NBR 6123: 1988, the limits of perception of acceleration are greater at a frequency of approximately 0.3 Hz and lower therefrom.

As pontes de grandes vãos são estruturas suscetíveis à ação dinâmica do vento, existindo uma série de fatores e eventos históricos que corroboram com esta afirmativa. Na internet, é possível encontrar vídeos que registram tabuleiros de pontes oscilando, tanto para ventos de maior quanto de menor intensidade, sendo o mais famoso de todos o que captura o colapso da Ponte Tacoma Narrows, em 1940. Desde então, muito se avançou na área de Engenharia do Vento e as investigações experimentais de modelos reduzidos atingiram um caráter praticamente obrigatório como etapa de projeto de uma ponte de grande vão. Neste trabalho, são apresentados os resultados da determinação experimental da resposta de uma ponte em arco metálico frente à ação do vento, com foco nas vibrações induzidas por vórtices. Para tal, inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica sobre os efeitos dinâmicos da ação do vento, identificando os principais fatores influentes no processo de desprendimento de vórtices. Além disso, dois modelos reduzidos foram construídos: modelo seccional e aeroelástico completo, nas escalas geométricas de 1:60 e 1:160, respectivamente. No modelo completo foram utilizados cordões de guitarra protendidos para alterar características de rigidez. Os modelos foram ensaiados no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann, localizado no Laboratório de Aerodinâmica das Construções da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, para configurações de escoamento que variam o ângulo de ataque e incidência do vento, a intensidade de turbulência e a taxa de amortecimento. As vibrações dos modelos foram captadas por sensores MPU-6050 conectados a um minicomputador Raspberry Pi Zero. Nos resultados obtidos para o modelo seccional são claramente visualizadas as regiões de amplificação da resposta devido ao desprendimento de vórtices e as respectivas velocidades críticas foram comparadas com equações teóricas. Como previsto na literatura especializada, foi observada uma queda nas amplitudes de resposta para as condições de maior intensidade de turbulência do escoamento e maior amortecimento do modelo. Não foram detectadas instabilidades aerodinâmicas no modelo aeroelástico completo, predominando a resposta devido ao martelamento. Long-span bridges are structures susceptible to the wind dynamic action, existing a series of factors and historical events that corroborate with this affirmation. On the internet, it is possible to find videos that record bridge’s decks oscillating, for both higher and lower intensity winds, the most famous of which captures the collapse of the Tacoma Narrows Bridge, in 1940. Since then, much progress has been made in Wind Engineering and the reduced model experimental investigations are practically obligatory as a design stage of a long-span bridge. In this work, the results of the experimental investigations of a steel arch bridge response due the wind action are presented, focusing on the vortex induced vibrations. To do so, a literature review was initially conducted on the dynamic effects of wind action, identifying the main influencing factors in the vortex shedding process. Besides, two reduced models were constructed: a section model and a full-bridge model, using geometric scales of 1:60 and 1: 160, respectively. In the full-bridge model, prestressed guitar strings were used to modify stiffness characteristics. The models were tested in the boundary layer wind tunnel Prof. Joaquim Blessmann, at Laboratório de Aerodinâmica das Construções of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul, for flow configurations varying the wind angle of attack and direction, the turbulence intensity and the damping ratio. The vibrations of the models were captured by MPU-6050 sensors connected to a Raspberry Pi Zero minicomputer. In the results obtained for the section model, response amplification regions due to vortex shedding are clearly visualized and the corresponding critical velocities were compared with theoretical equations. As predicted in the specialized literature, it was observed that greater turbulence intensity and the addition of damping to the model considerably decrease the response amplitudes. In the full-bridge model, no aerodynamic instabilities were detected, predominating the buffeting response.

Uma característica importante da otimização dos processos de projeto em engenharia civil é a demanda pelo aperfeiçoamento da precisão das estimativas das cargas de projeto. As cargas de projeto devidas ao vento são baseadas em análises de registros de dados climatológicos para as quais modelos estatísticos são desenvolvidos. Tais modelos propõem níveis de carga com certas probabilidades de ocorrência durante um determinado período de retorno, ou intervalo médio de recorrência. Desde 1988, a NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações, a norma brasileira de cargas de vento, tem equilibrado a competição das necessidades de segurança e de conforto do usuário contra os custos de construção da cada vez mais alta silhueta urbana da nação. O mapa de isopletas do parâmetro de velocidade básica regional é o ponto inicial para todos os cálculos de cargas de projeto devidas ao vento na maior nação da América do Sul, com velocidades de vento regionais derivadas da distribuição de Fréchet, utilizando as máximas velocidades de rajada anuais equivalentes de 1950 a 1975 observadas, em aeródromos brasileiros. Além do potencial de utilizar mais de 40 anos de novos dados, incluindo dados da rede de observação automatizada do INMET, avanços nas comunidades científicas de engenharia do vento, meteorologia e estatística permitem o desenvolvimento de modelos climáticos mais detalhados e robustos. Há, também, uma crescente necessidade de separar os eventos de tempestades de vento em eventos não- sinóticos e sinóticos, devido às suas diferentes características. O estudo produz modelos climáticos regionais de ventos extremos atualizados em todo o Brasil, para serem usados tanto em casos de estados limite último e de serviço do projeto. Dados meteorológicos das duas maiores redes meteorológicas brasileiras, adquiridos de diversas fontes, foram utilizados, mas apenas após um exame completo da qualidade de cada fonte. Investigações foram feitas com relação a metadados históricos e atuais (altura, localização, tipo de anemômetro) de cada estação, com resultados variados. Correções de velocidades do vento foram feitas para terreno e altura, onde necessário. Algoritmos robustos para a separação de velocidades de vento pico não-sinóticas, sinóticas e duvidosas foram desenvolvidos e aplicados a uma série histórica de dados de 692 estações meteorológicas de superfície para gerar conjuntos de valores extremos para uma análise de valor extremo com Método de Tempestades Independentes modificado. Constatou-se que os ventos não-sinóticos são dominantes na maioria do Brasil para todos os períodos de retorno. Parâmetros meteorológicos relacionados a ventos extremos não-sinóticos e sinóticos foram mapeados por todo o país. Um mapa de isopletas de velocidades básicas do vento foi proposto para uma versão atualizada da NBR 6123, acompanhado dos fatores probabilísticos atualizados para uma DGVE Tipo I – Distribuição de Gumbel. Recomendações chave incluem a necessidade de maiores investigações sobre as características de ventos não-sinóticos no Brasil e o melhoramento dos registros de metadados por parte das organizações meteorológicas. A critical feature of the continual optimisation of civil engineering design processes is the demand to improve accuracy of design load estimations. Design wind loads are based on analyses of recorded historical meteorological data for which statistical models are developed. Such models propose load levels of certain probabilities of occurrence over a particular return period, or mean recurrence interval. Since 1988, NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações, Brazil’s wind loading code, has balanced the competing needs of public safety and tenant comfort against construction costs of the nation’s ever-growing skyline. The isopleth map of the regional basic velocity parameter is the basis for all wind design load calculations in South America’s largest nation, with regional wind speeds derived from the Fréchet distribution of annual maxima equivalent gust speeds from 1950 to 1975 observed at Brazilian aerodromes. Besides the potential to utilise more than 40 years of new data, including data from INMET’s automated observing network, advances across the scientific communities of wind engineering, meteorology and statistics allow for the development of more detailed and robust climatic models. There is also a growing need to separate wind storm events into non-synoptic and synoptic events due to their different characteristics. The study produces updated regional extreme wind climate models across Brazil to be used for both serviceability and ultimate design load cases. Meteorological data from the two Brazilian meteorological networks acquired from several sources were utilised, but only after thorough examination of the quality of each source. Investigations were made regarding historical and current metadata (height, location, anemometer type) of each station with mixed success. Corrections to wind speeds were made for terrain and height where necessary. Robust algorithms for the separation of non-synoptic, synoptic and suspicious peak wind speeds were developed and applied to time-series data from 692 surface weather stations to generate sets of extreme values for a modified Method of Independent Storms extreme value analysis. Non-synoptic winds were found to dominant the majority of Brazil for all return periods. Meteorological parameters relating to non-synoptic and synoptic extreme winds were mapped across the country. An isopleth map of basic wind speeds was proposed for an updated version of NBR 6123, with accompanying updated probabilistic factors for a GEVD Type I – Gumbel distribution. Key recommendations include the need for further investigations into non-synoptic wind characteristics in Brazil and the improvement of metadata records by meteorological organisations.

O adequado dimensionamento de fundações profundas submetidas a carregamentos transversais exige a compreensão dos mecanismos de transferência de carga entre solo e estaca, que depende das múltiplas não-linearidades e interações observadas no conjunto no decorrer da aplicação do carregamento e em profundidade. Desta forma, o problema de carregamento lateral foi avaliado neste estudo para estacas escavadas em solo arenoso a partir da implementação de um modelo numérico e dois modelos analíticos, considerando para o solo critérios de ruptura de Mohr Coulomb (modelo numérico) e a teoria da reação horizontal do solo em conjunto ao método de curvas p-y proposto pelo API (2002, 2014) e simplificado por uma análise do estado limite (modelos analíticos). O elemento estrutural teve seu comportamento adotado como elástico linear, considerando-se a ruptura de acordo com as normas NBR 6122 (ABNT, 2010) e BS 8004 (BSI, 2015). Os modelos foram verificados e aferidos com casos descritos na literatura para diferentes condições de ensaio e rigidez relativa. Ao final, os modelos foram utilizados para a aferição dos parâmetros do solo de ensaios em escala reduzida a 1 x g de estacas predominantemente rígidas de mesmo diâmetro, assentes em solo arenoso em condição medianamente compacta. O solo é proveniente do Campo Experimental de Araquari, que serve como referência ao presente trabalho. Duas estacas-modelo em alumínio maciço, com dimensões representativas às estacas hélice-contínua do campo experimental, com D=1,27cm e Lútil=18,25m e 36,5cm, foram carregadas lateralmente de forma monotônica, com duplicidade de ensaios, e posteriormente cicladas em dois sentidos de carregamento, em um total de cinco ciclos. Os modelos apresentaram boa representatividade para com os resultados físicos para deslocamentos de até 10%D, embora a rigidez calculada nos modelos analíticos não tenha representado adequadamente os resultados experimentais ao se considerar a constante de reação horizontal do solo proposta pelo API (2002). A partir do uso de um acelerômetro e giroscópio no topo das estacas e a consideração de rotação constante em profundidade, foram retroanalisados os dados de ensaio da estaca de menor comprimento, possibilitando a representação dos diagramas de esforços e deslocamentos e as curvas p-y respectivos ao ensaio. Proper design of deep foundations subjected to transversal loading requires the understanding of load transfer mechanisms between soil and pile, which depends on the multiple nonlinearities and interactions observed during the load application and along the pile depth. Therefore, lateral load problem was evaluated in this master research for drilled piles in sand. The study focused on the use of a numerical and two analytical models and considered Mohr-Coulomb theory (numerical model) and the theory of subgrade reaction added to API (2002, 2014) p-y curves model and simplified by a limit state analysis (analytical models) for soil failure criteria. The implemented models were verified and calibrated with literature experimental data for different test conditions and pile-soil relative stiffness. After this phase, the models were used to calibrate soil parameters of physical tests conducted at 1x g in rigid and intermediate piles with same diameter, embedded in medium dense sand. The physical model’ soil comes from the Araquari Experimental Testing Site and serves as reference to the present work. Two model piles were used to represent the geometric properties of continuous flight auger piles executed at the Araquari experimental site, and were constructed of solid aluminum, with diameter of 1,27cm and embedded lengths of 18,25cm and 36,5cm. The model piles were unilaterally loaded, with duplicity of tests, and subsequently cycled in two-way loading, for a total of five cycles. The analysis models presented good prediction of soil-pile response when compared with the physical tests for displacements up to 10% of the pile diameter, although the stiffness calculated in the analytical models did not adequately represent the experimental results when considering the constant of subgrade reaction proposed by API (2002). Considering use of a accelerometer and gyroscope at the top of the piles and a constant rotation in depth, the data of the physical modelling of the smallest pile were back analyzed, making possible the representation of the stress and displacement diagrams and the respective p-y curves.

A viabilidade de atividades de exploração de petróleo em águas ultra profundas requer desenvolvimento permanente de novos conhecimentos, principalmente nas áreas de fundações offshore relacionadas à instalação de âncoras e sistemas de ancoragem. Neste contexto, o objetivo desta tese consistiu em estudar os mecanismos de interação entre linhas de ancoragem e solos argilosos por meio de modelagens físicas e numéricas. O entendimento do mecanismo e determinação dos parâmetros de resistência devido à interação solo – corrente são importantes para validação e melhoria dos modelos analíticos utilizados para estimar distribuição de cargas nas linhas de ancoragem e configuração da catenária invertida. As abordagens para a concretização do objetivo do estudo consistiram em caracterizar os comportamentos físico, químico e mecânico da argila, realizar ensaios experimentais em modelos reduzidos – escala 1:40 – de arrancamento de correntes em solos argilosos, e analisar por Métodos de Elementos Finitos através do software ABAQUS os mecanismos de interação. A partir dos resultados dos ensaios de caracterização foram abordados aspectos de comportamento do solo relacionados à tixotropia, strain softening, sensibilidade, viscosidade, resistência não drenada, compressibilidade e tensão de sobreadensamento virtual. Dessas análises, foi observado que o comportamento da argila é influenciado pelas características dos argilominerais, tempo tixotrópico, níveis de tensões e índice de liquidez devido às forças interpartículas. Foram ainda discutidos os diferentes comportamentos relacionados às distorções, quebras e reorientação de microestruturas da argila durante o cisalhamento. Os resultados dos ensaios de arrancamento mostraram que o comportamento da curva carga × deslocamento depende das características do solo, e da geometria e rigidez de correntes (livre e soldada) e da direção do deslocamento. Foi observado que os comportamentos strain softening e viscoso, características do solo argiloso, exercem uma considerável influência na resistência de interface solo – corrente. Diferentes mecanismos de mobilização da carga foram investigados e discutidos com base nas observações e resultados experimentais. Disso foi concluído que as cargas medidas são resultado da mobilização da resistência de ponta e do atrito lateral. A combinação dos resultados de diferentes tipos de ensaios permitiu determinar e discutir os parâmetros , , EWS, EWB e importantes na análise de instalação de sistemas de ancoragem e catenária invertida, indicando a possibilidade de uso dos valores obtidos em modelos analíticos usados nos projetos de fundações offshore. Por fim, destaca-se que o Modelo de Elementos Finitos utilizado reproduziu de forma satisfatória alguns padrões de comportamento observados nos ensaios em modelo reduzido, com especial atenção aos mecanismos de mobilização das resistências de ponta e atrito lateral, campos de deslocamentos e zona de plastificação. As discussões e conclusões apresentadas nesse trabalho identificam os mecanismos de interação de linhas de ancoragem em solos argilosos, necessários aos projetos de estrutura offshore. The feasibility of oil exploration activities in ultra deep water requires permanent research and development, especially in the offshore foundations areas related to the installation of anchors and mooring systems. In this context, the objective of this thesis was to study the interaction mechanisms between mooring lines and clay soils through physical and numerical modeling. The understanding of the mechanism and determination of the resistance parameters due to the soil - chain interaction are important for the validation and improvement of the analytical models used to estimate the load distribution on the mooring lines and the configuration of the inverse catenary. The following approaches have been performed to the accomplishment of the objective of the study: characterize the physical, chemical and mechanical behavior of the clay, carry out tests in reduced models - scale 1:40 - of pulling out of chains in clayey soils, and analyze by Finite Element Methods interaction mechanisms. From the results of the characterization tests, soil behavior aspects related to thixotropy, strain softening, sensitivity, viscosity, undrained shear resistance, compressibility and virtual pre-consolidation stress were addressed. These analyzes allowed to observe that the soil behavior is influenced by the characteristics of clay minerals, thixotropic time, stress levels and liquidity index due to the interparticle forces. The different behaviors related to the distortions, breaks and reorientation of the soil microstructures during the shearing were also investigated and discussed. The results of the pullout tests showed that the load × displacement response depends on the soil characteristics, the geometry and stiffness of the chains (free and welded) and the displacement direction. It was observed that the strain softening and viscous behaviors, characteristics of the clayey soil, has considerable influence in the soil-chain interface resistance. Different mobilization mechanisms of the load measured were investigated and discussed based on experimental observations and results. From this it was concluded that the total load is due to the mobilization of the tip and lateral resistances. The combination of the results of different tests allowed to determine and discuss the parameters α, Nc, EWS, EWB and μ important in the analysis of the installation of mooring systems and inverse catenary, indicating the possibility of their use in the analytical models used in offshore foundation areas. Finally, it should be noted that the Finite Element Model reproduced satisfactorily some patterns of behavior observed in the experimental model, with special attention to the mobilization mechanisms of the tip and lateral resistances, displacement fields and yield zone. The discussions and conclusions presented in this study identify the interaction mechanisms of mooring lines in clay soils, necessary for offshore foundation designs.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2020-03-05T11:39:54Z No. of bitstreams: 1 ArthurPeixotoCuri.pdf: 5092783 bytes, checksum: f1b7e5a21d0e826455af27bd32cb2b07 (MD5) Made available in DSpace on 2020-03-05T11:39:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArthurPeixotoCuri.pdf: 5092783 bytes, checksum: f1b7e5a21d0e826455af27bd32cb2b07 (MD5) Previous issue date: 2018-04 Este trabalho investiga diferentes ferramentas de modelagem teórica e física de uma ponte estaiada, com o intuito de estimar sua resposta dinâmica sob ação de vento turbulento. Um modelo numérico-computacional da ponte foi construído e submetido a diferentes tipos de carregamento – estáticos e dinâmicos – considerando as condições de escoamento representativas do vento no local da obra. O cálculo das forças aplicadas sobre o modelo numérico-computacional e a comparação teórico-experimental dos resultados em termos de acelerações e deslocamentos foram conduzidos com base em resultados de ensaios em túnel de vento, obtidos de um modelo seccional do tabuleiro da ponte e de um modelo físico aeroelástico completo. A correlação dos resultados permitiu validar a formulação teórica de análise aerodinâmica da ponte completa e o método de estimativa de resposta do tabuleiro This work investigates different methods to theoretical and physical modelling of a cable-stayed bridge, with the purpose of estimating its dynamic response under turbulent wind action. A theoretical-computational model was built and undergone to different kinds of loads – static and dynamic – considering wind flow conditions that represent the bridge’s site. The calculation of the loads applied on the theoreticalcomputational model, as well as the theoretical-experimental comparison of the responses in terms of accelerations and displacements were based on wind tunnel tests data, taken from a sectional model of the bridge deck and a full 3D aeroelastic model. Correlation between results enabled the validation of the full bridge aerodynamic analysis theory and the estimation method of the bridge deck response.

Nas últimas décadas, tem-se observado uma forte tendência de edificações cada vez mais altas, esbeltas e flexíveis, o que exigiu novas considerações no cálculo estrutural de edifícios, tornando a ação do vento um elemento de grande relevância nos projetos. Além disso, o denso agrupamento de edificações nos centros de grandes cidades adicionou uma variável para um fenômeno que já era complexo: devido à proximidade, um edifício passa a influenciar o campo aerodinâmico de outros, podendo provocar grandes alterações nas pressões, além de fenômenos dinâmicos difíceis de determinar por métodos analíticos. Instruções normativas, em geral, limitam-se a prédios altos com padrões arquitetônicos regulares, afastando-se da realidade dos projetos construídos na prática, que vêm exibindo geometrias cada vez mais complexas e não convencionais. Este cenário justifica a realização de extensos estudos dentro do tema em questão, a fim de que se obtenha uma melhor compreensão dos fenômenos dinâmicos envolvidos e uma orientação mais abrangente na etapa de pré-dimensionamento da estrutura. Neste contexto, a proposta desta pesquisa consiste em dois estudos de caso, de edifícios construídos no Brasil e ensaiados em túnel de vento, que possuem uma geometria similar (em formato de “V”), mas com dimensões e detalhes arquitetônicos distintos. O objetivo é o de promover uma caracterização aerodinâmica, avaliando os carregamentos atuando global e localmente, tanto para o modelo considerado isolado quanto incluindo as condições de vizinhança. Além das ações, estudou-se o espectro do vento que se aproxima, e determinou-se as funções de admitância aerodinâmica correspondentes. Em ambos os edifícios, verificou-se que a incidência do vento aproximadamente perpendicular a uma das abas corresponde a uma direção crítica em termos de efeitos dinâmicos: os espectros dos carregamentos globais se mostraram muito similares, apresentando picos pronunciados que indicam a possibilidade de desprendimento cadenciado de vórtices; as funções de admitância aerodinâmica também evidenciaram um formato muito semelhante. O estudo em questão oferece um meio de validação para estudos futuros que utilizem modelos de ensaio simplificados, além de servir de referência para uma possível revisão da norma brasileira NBR 6123/1988 – Forças devidas ao vento em edificações, contribuindo com os avanços do conhecimento relativo a efeitos dinâmicos do vento em edifícios altos e irregulares. In the last decades we observed a strong trend in constructing buildings increasingly tall, slender and flexible, which has asked for new consideration in the structural calculus of buildings, making the wind a relevant element in the design procedures. The grouping of buildings downtown in big cities has added another variable to an already complex phenomenon: due to the proximity, a building influences in the aerodynamic field of others, leading to pressure modifications and dynamic effects hard to determine by analytical methods. Instruction codes, in general, are limited to regular tall buildings, in contrast to the reality of projects built in practice, which have been exhibiting architectonic patterns increasingly complex and unconventional. This scenario justifies extensive studies among aerodynamic of irregular tall buildings, with the purpose of acquiring a better comprehension regarding the dynamic phenomena involved and a more accurate direction on the pre-design phase. In this context, the proposal of this research consists of two case studies about buildings constructed in Brazil and tested in wind tunnel, which have a similar geometry (V-shaped) but different dimensions and architectonic details. The objective is to promote a complete aerodynamic characterization, assessing the loads acting as a whole and also locally, with both isolated and interference conditions. Besides the action, the velocity spectrum of the approaching wind and the corresponding aerodynamic admittance were studied. Either case, it was verified that the wind incidence nearly perpendicular to one of the frontal facades is a critical direction from the perspective of dynamic effects: the spectra of global loads were very similar, with a peak emerging on the graphs, which indicate the possibility of vortex shedding; the admittance function also showed a very close format. This study offers an instrument of validation for future researches that use simplified test models, besides to fit as a reference to a possible revision of the Brazilian code NBR 6123/1988 – Wind load on building structures, contributing to the knowledge advances regarding dynamic effects on irregular tall buildings.

Nos últimos anos cresceu o interesse por construir edifícios cada vez mais altos, os quais estampam o poderio tecnológico e econômico das nações. Concomitantemente as estruturas se tornaram mais esbeltas e flexíveis e os fenômenos dinâmicos oriundos da ação do vento, que em edificações baixas não representam grande relevância no carregamento, começam a surgir e apresentar seus efeitos. Desta maneira, é importante conhecer como se desenvolve o escoamento do ar e a distribuição das pressões no entorno destas estruturas. Neste trabalho, caracteriza-se aerodinamicamente, através de dados oriundos de ensaios em túnel de vento, dois empreendimentos reais e presentes na engenharia nacional. Os carregamentos foram gerados através da integração simultânea de pressões e transformados em espectros de força, os quais auxiliam na visualização da energia cinética contida nas rajadas, na ocorrência de desprendimento cadenciado de vórtices, martelamento e na influência que as edificações vizinhas apresentam no escoamento. A análise é realizada local e globalmente, possibilitando verificar em que “zona”, ou faixa de altura, é mais significante para o carregamento da estrutura como um todo. O fenômeno de desprendimento de vórtices é caracterizado por um pico no espectro transversal à incidência do vento. Quando existem edificações ou obstáculos na região a barlavento, a estrutura pode ser martelada até a altura média destes obstáculos. Por fim, os resultados aqui apresentados podem servir de auxílio no pré-dimensionamento de estruturas com configurações similares, como comparativo e validação para pesquisas futuras e como referencial na elaboração de códigos normativos referentes ao tema. Destaca-se a importância de ensaios em túnel de vento, principalmente quando a estrutura a ser analisada possui um detalhamento arquitetônico complexo. Estes ensaios permitem ao projetista simular todos os casos de carregamento e os efeitos de vizinhança com maior confiabilidade e precisão em relação a métodos simplificados contidos, atualmente, em códigos e normas. In recent years many high-rise buildings have been built, which are a way to represent the economic and technological power of nations. Concomitantly, the structures have become slender and more flexible, and the dynamic phenomena of wind, which in low buildings do not represent a great relevance in the loading, start to show their effects. In this way, it is extremely important to know how the wind flow and the pressure distribution occur around these structures. In this research, two real projects, present in the national engineering, are characterized aerodynamically through data from wind tunnel tests. The loadings were processed through the simultaneous integration of pressures and transformed into force spectra, which aid in the visualization of the kinetic energy contained in the bursts, in the occurrence of vortex shedding, buffeting and the influence of the neighboring buildings on the wind flow. The analysis is performed locally and globally, making it possible to verify which "zone", or height range, is more significant to the loading of the structure as a whole. It can be seen that the phenomenon of vortex shedding is characterized by a peak in the crosswind spectrum and the buffeting phenomenon appears when there are buildings or obstacles in the windward region. Finally, the results presented here can be helpful in the pre-design of structures with similar configurations, in the comparison and validation for future researches and as a reference in the review of normative codes. Emphasis is given to the importance of wind tunnel testing, which allows the designer to simulate all loading cases and neighborhood effects with greater precision compared to simplified methods currently contained in codes and standards.

As forças devidas ao vento variam espacial e temporalmente e consequentemente provocam esforços de torção em edifícios. A magnitude desses esforços depende basicamente da forma do edifício, de sua altura e estrutura, da influência da vizinhança e da direção do vento. As normas técnicas geralmente negligenciam a importância da torção. A versão atual da norma brasileira de forças devidas ao vento (NBR 6123) não possui uma abordagem aplicável para modos de vibração torcionais. Verificando a falta de recomendações da norma brasileira a respeito dos efeitos dinâmicos da torção em edifícios, este trabalho apresenta uma metodologia para a estimativa do momento torçor devido ao vento, a qual contempla tanto a parcela média quanto a parcela flutuante da solicitação. Para sua calibração utilizaram-se dados de 19 edifícios altos ensaiados no túnel de vento do Laboratório de Aerodinâmica das Construções com o método High Frequency Pressure Integration (HFPI), bem como dados da literatura técnica. A análise dos resultados mostrou que as excentricidades das forças de arrasto para cálculo do momento torçor apresentadas na NBR 6123 são adequadas na estimativa dos efeitos estáticos para edificações com efeitos de vizinhança mas tendem a subestimar a solicitação nos casos sem efeito de vizinhança. Assim, propuseram-se novos valores de excentricidades baseadas na análise da base de dados. Finalmente, apresentou-se uma metodologia para estimativa dos momentos torçores estáticos equivalentes, a qual foi comparada com os valores fornecidos pelo HFPI e constatou-se que a proposta fornece valores adequados. Wind loads change spatially and temporally consequently they induce torsional moments on buildings. These moments are affected by building shape and structure, by interfering effects of nearby buildings and wind direction. The importance of torsional loads is usually neglected by most codes. Indeed, dynamic torsional response is not presented on current Brazilian Wind Loads Code (NBR 6123). Therefore, a procedure to determine torsional dynamic response of buildings subjected to turbulent wind action is proposed. Experimental data of 19 buildings are used to improve the reliability of proposed procedure. These experimental tests were performed in boundary layer wind tunnel of Aerodynamic Laboratory using the High Frequency Pressure Integration (HFPI) technique. About torsional loads, results have shown that drag forces eccentricities present on the NBR 6123 are reliable when neighboring effects are considered, but they underestimate torsion when neighboring effects are not considered. New eccentricities values are proposed. Finally, a procedure to estimate the torsional static equivalent moment is presented and it agrees well with HFPI results. The average relative error between the results determined by the proposed formulae and the experimental data obtained by the HFPI shows the reliability and applicability of the proposed formulation to the design of isolated and nonisolated buildings.

O presente trabalho tem por objetivo desenvolver uma formulação numérica baseada em Análise Isogeométrica para o estudo de escoamentos incompressíveis isotérmicos de fluidos newtonianos. Com o emprego desta metodologia, os procedimentos de pré-processamento e análise são unificados, melhorando as condições de continuidade das funções de base empregadas tanto na discretização espacial do problema como na aproximação das variáveis do sistema de equações. O sistema de equações fundamentais do escoamento é formado pelas equações de Navier-Stokes e pela equação de conservação de massa, descrita segundo a hipótese de pseudo-compressibilidade, além de uma equação constitutiva para fluidos viscosos de acordo com a hipótese de Stokes. Para problemas com escoamentos turbulentos emprega-se a Simulação de Grandes Escalas - LES (Large Eddy Simulation), na qual o modelo clássico de Smagorinsky é utilizado para a representação das escalas inferiores à resolução da malha. O esquema explícito de dois passos de Taylor-Galerkin é aplicado no contexto da Análise Isogeométrica para a discretização das equações governantes, sendo que a discretização espacial é realizada empregando-se funções NURBS (Non Uniform Rational Basis B-Splines). Essas funções base apresentam vantagens em relação às tradicionais funções utilizadas no MEF (Método dos Elementos Finitos), principalmente no que diz respeito à facilidade de obtenção de continuidade superior a C0 entre os elementos e representação precisa das geometrias. Propõe-se também o desenvolvimento de ferramentas de pré e pós-processamento baseadas na estrutura de dados da Análise Isogeométrica para a geração de malhas e visualização de resultados. Alguns problemas clássicos da Dinâmica dos Fluidos Computacional são analisados para a validação da metodologia apresentada. Os resultados apresentados demonstram boa aproximação da formulação em relação a dados de referência, além de maior versatilidade quanto à discretização espacial dos problemas em comparação com as tradicionais formulações baseadas em elementos finitos. This work aims to develop a numerical formulation based on Isogeometric Analysis for the study of incompressible flows of Newtonian fluids under isothermal conditions. By using this methodology, pre-processing and analysis procedures are unified, improving the conditions of continuity of the basis functions utilized in the approximations of the equation variables and spatial discretization of the problem. The system of fundamental equations of the fluid flow is constituted by the Navier-Stokes equations and the mass conservation equation, which is described according to the pseudo-compressibility hypothesis. In addition, a constitutive equation for viscous fluids according to Stokes' hypothesis is also provided. Turbulent flows are analyzed using LES (Large Eddy Simulation), where the Smagorinsky’s model is adopted for sub-grid scales. The explicit two-step Taylor-Galerkin method is applied into the context of Isogeometric Analysis for the discretization of the flow equations, where spatial discretization is carried out taking into account Non Uniform Rational Basis B-Splines (NURBS) basis functions. These basis functions have advantages over traditional functions employed in the FEM (Finite Element Method). Particularly, it is easier to obtain continuity order higher than C0 between adjacent elements and geometry representation is more accurate. Pre and post-processing tools for mesh generation and results visualization are also proposed considering the data structure inherent to Isogeometric Analysis. Some classic problems of Computational Fluid Dynamics are analyzed in order to validate the proposed methodology. Results obtained here show that the present formulation has good approximation when compared with predictions obtained by reference authors. Moreover, Isogeometric Analysis is more versatile than traditional finite element formulations when spatial discretization procedures are considered.

Atualmente, a construção de edifícios altos e esbeltos tem se tornado cada vez mais comum na paisagem urbana dos grandes centros. No Brasil, tais edifícios tem se mostrado insuficientemente rígidos, com baixo amortecimento estrutural e consequentemente com frequências mais baixas que as esperadas, este fato aumenta a possibilidade de que os edifícios respondam dinamicamente às excitações devidas ao vento, com consequente aumento da sensibilidade dos seus usuários. É fato, a necessidade da garantia da condição de serviço destas edificações associadas à estabilidade estrutural. Buscar qual nível é aceitável e a respectiva taxa de aceleração é o grande desafio. Sabe-se também que a exposição humana prolongada a essas vibrações provocadas pelo vento nas edificações podem ocasionar danos e consequências a vida de seus ocupantes. A predição, bem como, a estimativa dos níveis de conforto é de extrema importância na busca da resposta humana frente a estes movimentos. Esta pesquisa objetiva descrever qualitativamente e quantitativamente os procedimentos e formulações relacionadas à percepção e a tolerância humana (critério de aceitabilidade das acelerações) de diversos códigos e normas frente às vibrações provocadas pelo vento em edifícios altos, bem como as metodologias de determinação das acelerações. Busca-se descrever as características individuais dos ocupantes ao movimento, bem como, as características do movimento dos edifícios. Propõe-se por fim, avaliar se atualmente o procedimento recomendado pela NBR 6123/1988 na determinação e no critério de aceitação das acelerações frente às excitações devidas ao vento em edifícios altos, apresenta um bom critério de conforto, considerando-se mais de três décadas da publicação da mesma e os diversos trabalhos neste período relacionados ao conforto humano. Nowadays, the emergence of tall and slender building has become increasingly common in the urban landscape of big cities. At the same time, in Brazil, such buildings have been shown to be insufficiently rigid, structurally damping and therefore with frequencies lower than expected, increasing the human sensitivity to wind exposure. In fact, there is the need to guarantee the condition of service of such buildings associated with the structural stability. The major challenge is to get which level is acceptable and what acceleration rate is . It is also known that prolonged human exposure to these wind-induced vibrations in buildings can cause damage and consequences to the life of their in habitants. It is extremely important the prediction, as well as the evaluation, of the levels of comfort in order to know the human response when facing these movements. This research aims to get the qualitative and quantitative evaluation of procedures and perception-related formulations and human tolerance (accelerations accessibility criterion) of various codes and standards front wind-induced vibrations in tall buildings, and the methodologies of determining accelerations. The aim is to assess the individual characteristics of the occupants related to the movement, as well as the characteristics of the movement of buildings. It is proposed in order to assess whether currently the procedure recommended by NBR 6123/1988 and in determining acceptance criteria from the front accelerations to wind excitations in tall buildings, it has a good comfort criteria, considering the more than three decades of publication and the various studies in this period related to human comfort in tall buildings excited by wind.

O emprego de resíduos da indústria como materiais alternativos na Engenharia vem sendo tópico recorrente em pesquisas de desenvolvimento de novos materiais, devido a uma maior consciência da opinião pública quanto ao impacto ambiental oriundo da produção industrial. Buscando colaborar com esta discussão, esta pesquisa procurou inserir dois resíduos (cinza volante e cal de carbureto), gerados na região metropolitana de Porto Alegre, como alternativa de solução em Engenharia. Analisando-se a microestrutura da cinza volante, observa-se que ela é formada por esferas ocas e plerosferas (esferas ocas preenchidas por esferas menores). Foi estudado o ganho de resistência da mistura promovido pela moagem da cinza volante em um moinho de bolas cerâmicas, visando uma potencialização da reatividade do material. A fim de possibilitar a utilização destes resíduos, é necessário um estudo do seu comportamento mecânico decorrente da cimentação proporcionada pela mistura e compactação destes materiais. A presente pesquisa busca fornecer subsídios para que seja possível determinar o seu comportamento, através do uso da relação porosidade (η)/teor volumétrico de cal (LV) obtidas a partir da identificação e quantificação das variáveis mais importantes no controle da resistência da mistura dos dois resíduos, com e sem o processo de moagem da cinza, levando a formulação de equações para previsão da resistência à compressão simples do material cimentado para cinza volante com diferentes tempos de moagem e cura acelerada. Para isso, foram realizados ensaios de compressão simples em corpos de prova com 5, 10 e 15% de cal, com peso específico aparente seco de 11, 12 e 13 kN/m3, curados por 7 dias, com umidade de 18% para os tempos de moagem 0, 2 e 6h nas temperaturas 23 e 40°C, e 0 e 6h a 60°C. Os resultados apontam que o aumento do teor de cal gerou ganhos de resistência para as maiores temperaturas de cura; a diminuição da porosidade proporcionou um ganho de resistência para todas as combinações; o aumento da temperatura foi importante no ganho de resistência entre 23oC e 40oC; a moagem da cinza por 2h promoveu ganhos significativos de resistência em relação à não moída, porém, para 6h de moagem os ganhos não foram significativos para as temperaturas de cura de 23oC e 60oC. A relação η/LV, ajustada por um expoente [η/(Lv)0,07], mostrou-se adequada na formulação de equações na previsão da resistência do material cimentado para todas as temperaturas e tempos de moagem estudados. Além disso, a existência de relações únicas e distintas no controle da resistência à compressão simples em função da porosidade, teor volumétrico de cal, temperatura de cura e tempo de moagem, mostraram-se úteis para formulações de dosagem. Os resultados foram submetidos à análise de variância que comprovou que todos os fatores controláveis escolhidos para o experimento são significativos, assim como todas suas interações. The use of industry by-products as alternative materials in Engineering has been a recurring topic of research in development of new materials, mainly, due to a larger public conscience regarding the environmental impact of industrial production of waste. Aiming to contribute on this discussion, this research sought to introduce two by-products (fly ash and carbide lime), produced on the metropolitan area of Porto Alegre, as an alternative Engineering solution. Analyzing the microstructure of the fly ash, it is observed that it is composed by void spheres and plerospheres (void spheres filed with smaller ones). Having that in mind, it was studied the admix strength gain promoted by the grinding of de fly ash on a ceramic ball mill, aiming an enhancement of the reactivity of the material. In order to enable the use of these byproducts, it is necessary the study of its mechanical behavior due to the cementation provided by the mixture and compaction of these materials. The current research seeks to provide subsides in order to determine its behavior, through the use of the ratio porosity (η)/ volumetric lime content (LV), obtained from the identification and quantification of the most important variables on the control of the strength of the admixes of both by-products, with or without the process of fly ash grinding. This means, the formulation of equations for the simple compressive strength forecast of the cemented material for the fly ash with different grinding times and accelerated curing temperature. In order to do so, it were realized simple compression tests with 5, 10 and 15% of lime, with a specific dry unit weight of 11, 12 and 13 kN/m3, cured for 7 days, with water content of 18% for the grinding times of 0, 2 and 6h to the curing temperatures of 23 and 40oC, and 0 and 6h to 60oC. The results show that, the increase of lime content provided strength gains for the higher temperatures; the decrease of porosity generated strength gain to all the combinations; the increase in curing temperature was important on the strength gain between 23oC and 40oC; the grinding of fly ash for 2h promoted significant strength gains when compared to the not ground samples, however, for 6h of grinding the strength gain wasn’t significant for the 23oC and 60oC curing temperatures. The η/LV ratio, adjusted by an exponent [η/(LV)0,07], presented itself adequate for the formulation of the equations for the forecast of the strength gain of the cemented material to all the studied temperatures and grinding times. Besides that, the existence of unique and distinct relationships on the control of the simple compression strength depending on the porosity, volumetric lime content, curing temperature and grinding time, have been shown useful for the dosage formulation. The results were submitted to variance analysis, which demonstrated that all the factors chosen on the experiment were significant, as all their interactions.

Estruturas como torres e chaminés industriais são bastante vulneráveis ao fenômeno de desprendimento de vórtices, devido à sua esbeltez e forma rombuda. Além disso, devido ao baixo amortecimento estrutural que possuem, essas estruturas também têm maiores chances de atingir grandes amplitudes de deslocamento, o que é causado pelo efeito de captura. Apesar de esse tipo de estrutura ser considerado simples dos pontos de vista estrutural e aerodinâmico, o estudo das vibrações transversais nessas estruturas é bastante complicado, pois envolve a interação entre tópicos complexos da mecânica dos fluidos e estrutural, tornando a determinação confiável da resposta estrutural um dos problemas mais difíceis da Engenharia do Vento. Ao longo das últimas cinco décadas, diversos pesquisadores vêm estudando esse fenômeno, buscando uma abordagem que consiga considerar todos os tópicos que envolvem o mecanismo de vibração por desprendimento de vórtices. Entretanto, apesar dos esforços, os modelos existentes para a verificação da resposta da estrutura são de caráter empírico, sendo os dois mais aceitos pela comunidade científica o modelo de comprimento de correlação de Ruscheweyh e o modelo matemático espectral de Vickery e Clark, o qual foi posteriormente aprimorado por Vickery e Basu. Primeiramente, são estudados em detalhe esses dois modelos e seus métodos derivados, os quais são apresentados em normas e códigos. Após isso, é feita uma proposta de cálculo de dimensionamento do deslocamento do topo de tais estruturas baseada no modelo de Vickery e Basu e adaptada às necessidades da NBR- 6123. E finalmente, são apresentados dados de 42 estruturas, as quais atingiram grandes amplitudes de vibração em seu topo. Essas estruturas foram dimensionadas segundo as diretrizes de cada um dos métodos estudados neste trabalho, o que demonstrou o bom desempenho do Método II do Eurocódigo, do Método do CICIND e da Proposta III-B para a NBR-6123. Structures like towers and industrial chimneys are quite vulnerable to the vortex shedding phenomenon, due to their slenderness and non-aerodynamic form. Furthermore, due to their low structural damping, these structures are also more likely to reach large displacement amplitudes, which is caused by the lock-in effect. Although these structures are considered as simple from structural and aerodynamic points of view, the study of cross-wind vibrations in these structures is quite complicated, as it involves the interaction of complex topics of fluid and structural mechanics, turning a reliable determination of the structural response into one of the most complicated problems in Wind Engineering. Over the past five decades, several researchers have been studying this phenomenon, seeking an approach that could consider all topics involving the vibrating mechanism by vortex shedding. However, despite the efforts, the existing models for predicting the response of the structure are empirical, with the two most accepted by the scientific community being the Ruscheweyh’s correlation length model and the Vickery & Clark’s spectral mathematical model, which was further enhanced by Vickery & Basu. Firstly, these two models and their derivative methods, which are reported in standards and codes, are studied in detail. After, a calculation proposal for predicting the top displacement of such structures is presented, which is based on the Vickery & Basu model and adapted to the needs of NBR-6123. Finally, data for 42 real structures which have reached large vibration amplitudes at their tops is presented. These structures were designed according to the guidelines for each of the methods studied in this work, which demonstrated the good performance of the Eurocode II Method, of the CICIND Method and of the NBR-6123 III-B Proposal.

Efeitos de interferência aerodinâmica por vizinhança ocorrem inevitavelmente em edificações imersas em contexto urbano. Com base nas características da vizinhança que envolve o entorno de uma edificação, estes efeitos consequentemente podem reduzir ou majorar as ações do vento sobre a mesma. Tendo em vista a complexidade do problema em estimar o real ambiente em que um edifício estará situado e sua influência no comportamento do vento, torna-se muito difícil a codificação destes efeitos em documentos normativos, específicos para cada situação de projeto. No entanto, fatores de redução e majoração das ações do vento sobre as edificações podem ser determinados de acordo com as características da vizinhança presente no ambiente em que estão inseridas. Neste trabalho são analisados quatro modelos reduzidos de edifícios altos e suas vizinhanças adjacentes. Os modelos foram testados em túnel de vento, no Laboratório de Aerodinâmica das Construções da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, sob duas configurações de ensaios, uma com a edificação isolada e outra com a edificação na presença da vizinhança na qual estará imerso. A partir dos resultados obtidos no túnel, foram calculados coeficientes de força para cada modelo, em relação a dois eixos ortogonais com origem próxima ao centro de torção da secção transversal correspondente ao pavimento tipo. Dos quatro casos estudados, todos apresentaram variações significativas dos coeficientes de força quando na presença de edificações vizinhas. Para estes edifícios, foram calculados fatores de vizinhança respectivos aos ângulos de vento mais influentes ao dimensionamento estrutural dos mesmos. A respeito das análises, notou-se que sob vizinhança densa, houve uma grande redução das ações do vento, enquanto que brechas entre as estruturas de interferência, traduziram em aumentos das ações do vento sobre as edificações estudadas. Neighborhood interference effects due to nearby strucutres, inevitably occur on buildings immersed in urban context. Based on the characteristics of the neighborhood surrounding the vicinity of a building, these effects therefore can reduce or increase wind actions. Given the complexity of the problem in estimating the real environment where a building is located and its influence on wind behavior, it is extreme hard to encode these effects in regulation codes by specifying situations for each proposed project. However, reduction and increase factors on the wind actions over buildings can be determined according to the caracteristics of its neighborhood at the environment in which they locate. This paper analyzes four scale models of tall buildings and its surrounding structures. The models were tested in the wind tunnel at the Laboratório de Aerodinâmica das Construções of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul, in two configurations tests, one with the building in isolated situation and the other with the building in the corresponding vicinity. The results obtained in the wind tunnel tests were used to determine strength coefficients for each model in relation to the both orthogonal axes with its origin near the torsional center of the transversal section correspondent to the standard floor of the buildings. For the four cases studied, all the test results showed significant variations at force coefficients in the presence of neighboring structures. For each case studied, interference factors were calculated due to sorrounding structures for the most influential wind angles for the structural design. Regarding the analysis it was noticed that under dense neighborhood, there was a large reduction of the wind loads, while gaps between interference structures resulted in increases of wind actions over the studied buildings.

A crescente utilização de plataformas flutuantes na atividade de exploração de petróleo vem exigindo desenvolvimento de estudos relacionados a novas técnicas de execução e metodologias de projetos de fundações em ambiente marinho. A presente pesquisa é continuação do trabalho desenvolvido por Rocha (2014) e tem como objetivo: estudar a atenuação de cargas dinâmicas no trecho da linha de ancoragem embutida no solo, através de experimentos em modelos reduzidos com solos argilosos. Os ensaios foram realizados em laboratório a partir de um sistema de carregamento dinâmico capaz de produzir vibração com faixas de aceleração e frequência desejadas. Para atingir os objetivos da pesquisa foram abordados os conceitos da carga dinâmica, reologia e tixotropia. Foram realizados ensaios em solos argilosos com teores de umidade em torno de 120%, obtidos a partir de misturas no laboratório de caulim (85% em massa seca), bentonita (15% em massa seca) e água, com a finalidade de obter um solo argiloso com propriedades geotécnicas similares às dos solos offshore prospectados pela Petrobras. Os ensaios de mini palheta e extração de umidade ao longo da profundidade permitiram concluir que os valores da resistência não drenada da argila crescem com profundidade, enquanto o teor de umidade decresce, sendo que a resistência ao cisalhamento não-drenada guarda similaridade em relação às condições de campo. Na realização dos ensaios de carregamentos estáticos e dinâmicos realizados com variação do ângulo de referência de 0º a 55º foram utilizadas duas células de cargas para medir as forças aplicadas no touch down point e no ponto de ancoragem. Os resultados obtidos nesses ensaios mostraram atenuação de carga devido à força de reação (atrito) gerada pelo solo na interface solo-corrente, quando a massa do solo envolvente é sujeita a grandes deformações. Observou-se que a magnitude de atenuação estática varia de 12,9 a 18,3% e depende da variação de profundidade de embutimento da estaca (comprimento da linha de ancoragem), do ângulo de referência, da resistência não drenada da argila e do nível de força de pré-tração aplicada, enquanto que no ensaio de carregamento dinâmico verificou-se que os valores de atenuação normalizada de cargas dinâmicas situam-se na faixa de 24 a 26% e são levemente influenciados pela variação da força de pré-tração e frequência de vibração devido à parcela viscosa da argila. The increasing use of floating platforms for oil exploration activity has required development of studies related to new techniques and methodologies for foundation design in the marine environment. This research is the continuation of the work of Rocha (2014) and aims: to study the attenuation of dynamic loads in buried mooring lines through experiments in reduced scale models in clay deposits. The tests were performed in the laboratory from a system of dynamic loading that is able to produce vibration within desirable ranges of acceleration and frequency. The concepts of dynamic loading, rheology and thixotropy are discussed in order of evaluating the properties of the clay. Tests were conducted on clay soils with moisture content of about 120% obtained from laboratory mixtures of kaolin (85% dry matter), bentonite (15% dry matter) and water, in order to obtain a clay soil with geotechnical properties similar to those of offshore fields prospected by Petrobras. The mini vane tests and water content of specimens showed that the values undrained shear strength increase with increasing depth, while the moisture content decreases. In carrying out static and dynamic loading tests performed on reference angles ranging from 0° to 55° two cell loads were used to measure the forces applied at the touch down point and at the anchor point. The results obtained in these tests showed load attenuation due to the reaction forces (friction) generated by the soil along the soil-stream interface, when the mass of the surrounding soil is subjected to large deformations. It was observed that the magnitude of the static attenuation varies from 12.9 to 18.3%, the variation being a function of depth of cutting mounting (anchoring line length), reference angle, undrained shear strength of the clay and level of pre-applied tensile force, while the dynamic loading tests were found to give normalized attenuation values of dynamic loads in the range of 24 to 26%. Under dynamic loading, attenuation is slightly influenced by variation of tensile force and frequency of vibration due the viscous efects of the clay.

O desenvolvimento de pesquisas relativas ao comportamento das estruturas offshore são de fundamental importância para as atividades de exploração de petróleo a fim de permitir uma análise mais precisa do desempenho do sistema de ancoragem. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento das linhas de ancoragem submetidas a esforços de tração bem como avaliar e quantificar a atenuação das cargas ao longo do trecho enterrado determinando assim as forças que efetivamente chegam à estaca torpedo. Inicialmente foram projetados e construídos os equipamentos, em modelo reduzido, para a realização dos ensaios experimentais de carregamento estático conduzidos na escala de 1:40. As argilas empregadas nos ensaios foram produzidas em laboratório com o objetivo de obter um solo com propriedades físicas similares à da argila típica do leito marinho, a partir da mistura caulim, bentonita e água, sendo definida a composição em massa seca de 85% de caulim, 15% de bentonita e teores de 100% de umidade para a mistura denominada como argila A, e 120% de umidade para a mistura referida como argila B. Após a caracterização geotécnica concluiu-se que a argila B se assemelha às condições de campo. A força que chega ao ponto de ancoragem, equivalente ao que seria o ponto de fixação da amarra ao torpedo, foi medida experimentalmente através de uma célula de carga para duas componentes (vertical e horizontal) instalada no piso do tanque. A catenária invertida formada pela amarra foi registrada em alguns pontos não visíveis através de um sensor por ultrassom. O carregamento da linha de ancoragem foi produzido para diferentes ângulos de incidência, em ciclos de carga e descarga. Os resultados mostram que, mesmo em uma abordagem estática, flutuações de carga na linha de ancoragem não são inteiramente transmitidas ao ponto de ancoragem (torpedo), sendo parcialmente absorvidas ao longo do trecho enterrado da amarra. A atenuação de carga na argila A foi de 24%, enquanto que a atenuação apresentada na argila B variou entre 14 %, 6% e tendendo a 0 nos ensaios realizados respectivamente nas alturas de solo de 72 cm, 48 cm e 24 cm. Verificou-se também que a qualidade dos critérios de similaridade inicialmente adotados foi satisfatória. The research development on the behavior of offshore structures is fundamentaly important for the exploration of oil in order to allow a more precise analysis of the performance of offshore mooring systems. In this sense, the present work aims to analyze the behavior of embedded mooring lines subjected to tensile stresses and to evaluate and quantify the attenuation of loads along the stretch buried thus determining the forces that effectively reach the torpedo pile. Initially, the equipment were designed and built, in a reduced model, so the experimental tests of conducted static load on the scale of 1:40 could be conducted. The clays used in the tests were produced in the laboratory in order to obtain a soil with similar physical properties to the typical clay seabed, from mixing kaolin, bentonite and water, the composition being set on dry matter of 85% kaolin 15% bentonite content and 100% humidity for mixing clay called as A, and 120% humidity for mixing said clay as B. After geotechnical characterization, it was found that the clay B is similar to field conditions. The force that reaches the anchor point, equivalent to what would be the point of attachment of mooring the torpedo, was experimentally measured by a load cell for two components (vertical and horizontal) installed on the floor of the tank. The reverse catenary formed by the embedded mooring line was recorded in some not visible spots through an ultrasound sensor. The load of the anchor line has been produced for different incidence angles, in loading and unloading cycles. The results show that, even in a static approach, load fluctuations in the anchor line are not fully transmitted to the anchor point (torpedo). Partially absorbed along the stretch of mooring buried. The attenuation of the load on the clay A was 24%, while the attenuation shown in clay B ranged from 14%, 6% and approaches 0 in the tests performed respectively on the ground heights of 72 cm, 48 cm and 24 cm. It was also found that the quality of similarity criteria adopted initially was satisfactory.

As reservas de petróleo e gás estão localizadas cada vez mais longe da costa e em águas profundas e ultra profundas, o que faz necessário a utilização de estruturas flutuantes, as quais estão sujeitas às forças impostas por condições ambientais, tais como vento, ondas e correntes marítimas. É portanto relevante o estudo de sistemas de ancoragem de estrutura flutuantes, sendo estes responsáveis pelo posicionamento da plataforma, garantindo segurança às operações realizada. Este é o objetivo do presente trabalho, que diz respeito a um estudo numérico do comportamento do trecho enterrado da linha de ancoragem de plataformas flutuantes de extração, produção e/ou armazenamento de petróleo. O sistema de ancoragem estudado é do tipo taut-leg, recomendado para lâminas de água superiores a 1000m. Este tipo de ancoragem pode ser dividido em três partes, um trecho suspenso que vai da plataforma até o leito marinho, um trecho apoiado sobre o leito marinho e um terceiro segmento que penetra no solo junto com a âncora, o qual adquire a forma de uma catenária invertida. Este tipo de sistema chega ao leito marinho com inclinações entre 30 e 45° e é capaz de resistir a esforços horizontais e verticais. O objetivo deste estudo é analisar os parâmetros envolvidos, as forças atuantes e a configuração do trecho em catenária invertida, através de análise numérica para os experimentos realizados em laboratório em escala reduzida. Os ensaios experimentais realizados por Rocha (2014) consistiram na aplicação de um conjunto de forças no trecho da linha de ancoragem que simula o encontro da corrente com o leito marinho, medindo-se as cargas no ponto que representa o olhal onde a corrente é fixada à âncora. A configuração da linha no trecho enterrado era obtida através de um ultrassom. Neste trabalho foi feita retro-análise numérica dos resultados obtidos experimentalmente a fim de se determinar os parâmetros que definem o equilíbrio do trecho enterrado da linha de ancoragem. Esses parâmetros foram validados para diferentes carregamentos, respeitando as configurações do solo e da corrente, através de um conjunto de equações diferenciais e do software DIGIN. Com base nas análises são quantificados a atenuação do sistema e os parâmetros de capacidade de carga e adesão que controlam o processo de transferência de cargas. Oil and gas reserves are located offshore, in deep and ultra deep waters and for this reason the use of floating structures becomes necessary. Those structures are subject to forces imposed by environmental conditions such as wind, waves and sea currents. It is therefore relevant to study the anchoring of floating structure systems, as it is responsible for positioning the platform and ensuring security operations. This is the aim of the present research efforts, which describes a numerical study of the behavior of the embedded portion of systems designed to anchor the floating platform during extraction, production and/or storage of oil. The taut-leg mooring system is the one studied herein, which is recommended for water depth beyond 1000m. This type of mooring system can be divided in three parts, one part that runs from the suspended platform to the seabed, a slice resting on the seabed and a third segment that penetrates the soil together with the anchor, which takes the form of a inverse catenary. This type of mooring system reaches the seabed at angles of 30° to 45 ° and is able to resist horizontal and vertical forces. The objective of this study is to analyze the parameters involved in the anchor system, the forces acting at the inverse catenary and its configuration through numerical analysis of small-scale laboratory experiments. Experimental tests conducted by Rocha (2014) consisted of applying a set of forces on the a chain that simulates the embedded portion of the anchor line, from the seabed to the shank attachment point, using a load cell located at a point that represents the lug throw in which the chain is connected to the anchor. The configuration of the embedded portion of anchor line was obtained through an ultrasound. In this study the experimental results were numerically back analyzed in order to determine the parameters that define the equilibrium of the embedded slice of the anchor line. These parameters were validated for various loads in compliance with both soil resistance and the configuration of the chain through a set of differential equations and DIGIN software. Based on this analysis, the attenuation of the system is quantified and the parameters controlling of load capacity and adherence are obtained.

O processo de crescimento das cidades gerou uma necessidade pelo melhor aproveitamento do espaço urbano, contribuindo para os processos de verticalização e densificação das áreas construídas. Sendo assim, a tendência é de construção de edifícios cada vez mais altos e agrupados, duas características que influenciam na resposta das estruturas à ação do vento. Edifícios altos modernos são estruturas, em geral, leves, flexíveis e pouco amortecidas, o que os torna mais susceptíveis a problemas causados por vibrações induzidas pela ação do vento. Estes problemas podem gerar desconforto aos usuários ou até mesmo, em casos mais severos, danos estruturais. O agrupamento de edifícios propicia o surgimento de efeitos de interferência, que alteram o escoamento em torno das estruturas e, consequentemente, o carregamento devido à ação do vento. Forças aerodinâmicas e a resposta de edifícios altos a ação destas forças podem aumentar ou diminuir significativamente devido à presença de edificações vizinhas. Devido à complexidade dos efeitos de interferência entre edifícios, há ainda muitas lacunas no entendimento do fenômeno, embora o assunto seja estudado por diversos pesquisadores desde a década de 1930. Com o objetivo de contribuir para o estado da- arte do conhecimento do fenômeno de efeitos de interferência em edifícios altos, neste trabalho foram realizados ensaios em túnel de vento com modelo reduzido do edifício padrão da Commonwealth Aeronautical Research Council (CAARC) para 18 configurações de vizinhança. Para determinação da resposta do edifício, em termos de suas componentes médias e flutuantes, para deslocamentos longitudinais e transversais à direção do vento incidente e a torção, utilizou-se uma balança dinâmica de três graus de liberdade (BD3GDL), dois em flexão, admitindo que são ortogonais entre si e aproximados de forma linear, e um torção, aproximado de forma constante. A presença de edificações vizinhas causou, em geral, o efeito de proteção esperado provocando a diminuição das respostas médias longitudinal e transversal do edifício principal, quando comparada à resposta da edificação isolada. No entanto, a resposta flutuante sofreu amplificações significativas, para os três graus de liberdade, para determinadas configurações de vizinhança. The population explosion in modern cities has generated a need for the better use of urban spaces, contributing to the vertical growth and densification of built-up areas. Considering this, current trends are to build taller towers with minimal space between buildings; two characteristics which influence the structural response of buildings under wind loading. In general, modern tall buildings are lightweight, flexible structures with low levels of inherent structural damping, which render them highly susceptible to problems caused by windinduced vibrations. These problems include discomfort suffered by building tenants, and in severe cases, damage to the building’s structure. The close grouping of buildings increases interference effects, altering the flow around buildings, and consequentially the loading caused by the wind. The aerodynamic forces, and associated responses, of tall-buildings can be significantly increased or reduced by the presence of neighboring buildings. Due to the complexity of inference effects between buildings, there remain many unknowns in the understanding of the phenomenon, even though the subject has been studied by many researchers since the 1930s. It is with the objective of contributing to the state-of-the-art of the building interference effects that, in this study, wind-tunnel investigations were performed on the reduced scaled model building of the internationally recognized benchmark Commonwealth Aeronautical Research Council (CAARC) design for 18 different neighboring configurations. For the determination of the building’s response, in terms of mean and fluctuating components of along-wind and cross-wind displacements and torsion, the three degrees-of-freedom dynamic balance (BD3GDL) was utilized; which possesses two degreesof- freedom in linear bending along the orthogonal directions, and a constant rotation about its vertical axis. The presence of neighboring buildings generally provided the study building with protection, as was predicted, causing the reduction of mean displacements in both alongwind and cross-wind directions when compared against the isolated case. However, the fluctuating response in all three degrees-of-freedom suffered significant increases for certain proximity building configurations.

“Estas vibrações são as primeiras do seu tipo para as pontes tipo viga….elas mostram a alta estabilidade aerodinâmica e confiabilidade da estrutura" (Anishyuk e Antonova, 2010). Esta é uma citação do porta-voz da empresa responsável pela construção da ponte, com vãos 120m e de 7 km de extensão, em Volgograd, na Rússia – que oscilou tão violentamente sob velocidades baixas do vento em maio de 2010, que os motoristas ficaram enjoados e a ponte foi fechada. As filmagens do movimento da ponte podem ser encontradas facilmente na internet, e causam uma visão perturbadora. O que é mais perturbador é que a empresa responsável pelo seu projeto e construção pôde ser tão ignorante da história das aerodinâmicas de pontes e conceitos aerodinâmicos básicos.As vibrações induzidas por vórtices que tinham atormentadas a Ponte Volgograd são agora atenuadas por um sistema avançado de dispositivos de amortecimento mecânico. Se as medidas de segurança tivessem sido tomadas durante a fase do projeto, a necessidade desses dispositivos de amortecimento poderia ter sido evitada. Uma variedade de dispositivos aerodinâmicos passivos tem apresentado ser extremamente eficaz na supressão das vibrações induzidas por vórtices em velocidades baixas do vento para um número de pontes de grande vão Investigações adequadas em túnel de vento realizadas durante a fase do projeto podem alertar os projetistas da existência de instabilidades aerodinâmicas inerente no projeto, e passos podem ser tomados para modificar o formato do tabuleiro para otimizar o seu desempenho dinâmico sob cargas de vento. Investigações experimentais da efetividade na supressão das vibrações induzidas por vórtices, por uma série de dispositivos aerodinâmicos passivos, têm sido realizadas no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann, em Porto Alegre. Dispositivos foram projetados com base nas modificações feitas a outros projetos de pontes que sofreram com as vibrações indesejadas da velocidade baixa do vento, tanto no túnel de vento durante a fase do projeto, durante a construção ou após a conclusão da ponte em grande escala. Dispositivos foram testados usando um modelo dinâmico de uma ponte da vida real, e os resultados indicaram que algumas modificações simples a geometria da seção transversal do tabuleiro podem ter um efeito significativo na sua resposta. “These vibrations are the first of their kind for beam-type bridges….they show the high aerodynamic stability and reliability of the structure” (Anishyuk and Antonova, 2010). This is a quote taken from the spokesman of the company responsible for the construction of the 7km long reinforced concrete bridge in Volgograd, Russia – whose multiple continuous 120 meter spans oscillated so violently under low-wind speed conditions in May of 2010 that motorists became seasick and the bridge was closed. Footage of the bridge’s movement can easily be found on the internet, and makes for disturbing viewing. What is even more disturbing is that the company responsible for its design and construction could be so ignorant to the history of bridge aerodynamics and basic aerodynamic concepts. The vortex-induced vibrations which had plagued the Volgograd Bridge are now mitigated by an advanced system of mechanical damping devices. If proper precautions had been taken during the design stage of the bridge, the necessity of these damping devices could have been avoided. A variety of passive aerodynamic devices have been shown to be extremely effective in the suppression of low wind speed vortex-induced vibrations for a number of long-span bridges Proper wind-tunnel investigations undertaken during the design stage can alert designers to the existence of aerodynamic instabilities inherent to the design, and steps can be taken to modify the shape of the deck to optimise its dynamic performance under wind loads. Experimental investigations of the effectiveness of range of passive aerodynamic devices to suppress vortex-induced vibrations have been conducted at the Professor Joaquim Blessmann Wind-Tunnel, Porto Alegre. Devices were designed based on modifications made to other bridge designs which suffered from unwanted low wind speed vibrations, either in the windtunnel during the design stage, during erection or after completion of the full-scale bridge. Devices were tested using a dynamic section model of a real-life bridge deck design. Results indicate that some simple modifications to the cross-section geometry of the deck can have a substantial effect on its response.

As propriedades do solo cotidianamente podem não ser adequadas às características e às necessidades de projeto. É apresentada, como alternativa, a técnica de reforço com inclusão de elementos fibrosos à matriz de solo cimentado e não cimentado. Ainda, embora comuns, o comportamento do solo frente a solicitações cíclicas não é completamente conhecido. Nesse sentido, o estudo do comportamento de hidratação e da resposta cisalhante cíclica de um resíduo de mineração cimentado reforçado com fibras é objetivado. Para tanto, medidas de retração química, medidas de rigidez ao longo da hidratação e ensaios simple shear monotônicos e cíclicos foram realizados com resíduo de mineração cimentado e não cimentado, reforçado com fibras e não reforçado. O resíduo, oriundo da mineração de ouro, um silte arenoso com traços de argila, foi cimentado com diferentes teores de cimento Portland, entre 0% e 10% em relação à massa de solo seco, e reforçado com 0% e 0,5%, em relação à massa de sólidos secos, de fibras de polipropileno de 50mm de comprimento e 0,1mm de espessura, equivalentes a um índice aspecto de 500. Os resultados demonstraram que as fibras não afetaram o processo de hidratação das misturas de resíduo de mineração cimentadas, que apresentam tendência de atenuação logarítmica da retração química com o tempo. Quanto maiores as relações água/cimento, maior o nível de retração química. A inclusão de fibras a misturas de resíduo de mineração cimentadas, da mesma forma, não afetou a evolução dos valores de rigidez inicial, que crescem com tendência logarítmica em função do tempo e aumentam com o acréscimo do nível de cimentação. Sob condições monotônicas de cisalhamento, a adição de fibras conferiu ao material cimentado e não cimentado comportamento de endurecimento. Sob condições cíclicas de deformação cisalhante controlada, as fibras não afetaram a resposta cisalhante das amostras não cimentadas e provocaram aumento dos valores da tensão cisalhante das amostras cimentadas após sucessivos ciclos de esforços. Sob condições cíclicas de tensão cisalhante controlada, a adição de fibras às misturas não cimentadas proporcionou o aumento da resistência aos ciclos de esforços e às misturas cimentadas provocou aumento dos níveis de deformação cisalhante. A concordância das mesmas envoltórias de resistência tanto às trajetórias de tensões dos ensaios monotonônicos quanto às trajetórias dos ensaios cíclicos sob diferentes condições de carregamento possibilitou a obtenção dos mesmos parâmetros de resistência das misturas analisadas sob diferentes condições de carregamento. The soil properties commonly may not suit the project characteristics and requirements. It is presented, as alternative, the improvement technique of fibrous elements inclusion to the cemented and uncemented soil matrix. Moreover, although common, the behaviour of soil under cyclic loads is not completely known. In this sense, the study of the hydration behaviour and the cyclic shear response of fibre reinforced cemented mine tailings is the main objective of this research. Therefore, chemical shrinkage measurements, stiffness measurements during hydration and monotonic and cyclic simple shear tests were conducted on fibre reinforced and unreinforced cemented and uncemented mine tailings. The tailings, produced from gold mining, are classified as a sandy silt with traces of clay and were cemented with different amounts of Portland cement, ranging from 0% to 10% by dry weigh of soil, and reinforced with 0% and 0.5% by dry weigh of solids of polypropylene fibers 50mm long and 0.1mm thick, equivalent to an aspect ratio of 500. The results showed fibres did not affect the hydration process of cemented mine tailings mixtures, which presents logarithmic attenuation of chemical shrinkage over time. The greater the water / cement ratio, the higher the level of chemical shrinkage. The inclusion of fibers to cemented mine tailings, likewise, did not affect the evolution of initial stiffness values, that raise logarithmic over time and increase with the increase of the cementation level. Under monotonic shear conditions, the addition of fibers confers hardening behaviour to the uncemented and cemented materials. Under shear strain controlled cyclic conditions, fibres did not affect the shear response of uncemented samples and increased shear stress values of cemented samples after successive load cycles. Under shear stress controlled cyclic conditions, the fibres addition to the uncemented mixtures increased the resistance to load cycles and to the cemented mixtures increased levels of shearing strain. The agreement of the same strength envelopes to both monotonic and cyclic stress paths, under different cyclic loading conditions, allows the use of the same strength parameters of mixtures analyzed under different loading conditions.

Ao contrário de edificações baixas, nas quais os carregamentos verticais são predominantes, nos edifícios altos os carregamentos horizontais devidos à ação do vento possuem grande importância, muitas vezes se tornando as principais solicitações da edificação. Este trabalho aborda o tema de efeitos dinâmicos em edifícios altos devidos à ação do vento, que provocam, principalmente, oscilações devidas ao desprendimento de vórtices, tanto na direção transversal ao escoamento do vento, quanto oscilações torcionais. Estas oscilações, muitas vezes se tornam ressonantes, provocando grandes deslocamentos à estrutura. Um dos edifícios estudados é um modelo criado a fim de permitir a comparação entre diversos estudos realizados em túneis de vento diferentes, possuindo ampla bibliografia, denominado CAARC Standard Tall Building. O outro modelo é de um edifício real (RCA), construído no Brasil, que apresenta arquitetura diferenciada. Busca-se determinar a resposta em termos de suas componentes médias e flutuantes, para deslocamentos longitudinais e transversais à direção do vento e a torção, através do uso de uma balança dinâmica de três graus de liberdade (BD3GDL), dois em flexão, admitindo que são ortogonais entre si e aproximados de forma linear, e um em torção, aproximado de forma constante, e através do método de integração de pressões em alta freqüência, utilizando modelos em escala reduzida em ensaios em túnel de vento. O primeiro apresentou, para ventos perpendiculares às fachadas, boa concordância entre as respostas encontradas através dos métodos experimentais, além de concordarem também com as respostas encontradas por outros autores. O segundo modelo apresentou no geral, também, boa concordância entre as curvas de resposta obtidas nos ensaios experimentais, para ventos perpendiculares às quatro fachadas, e os métodos teórico-numéricos considerados neste estudo. A BD3GDL simulou satisfatoriamente bem o comportamento dos edifícios altos frente à ação do vento, até mesmo efeitos dinâmicos como o desprendimento cadenciado de vórtices, e mostrou-se uma ferramenta útil em ensaios em túnel de vento, pela facilidade em ajustar os parâmetros dinâmicos dos edifícios testados e pelos resultados coerentes com o esperado e com outros autores e métodos analíticos. Opposite to low buildings, where vertical loads are predominant, in tall buildings horizontal loads due to wind action have great importance, often becoming the main loading of the building. This research approaches the issue of dynamic wind effects in tall buildings, which cause mainly cross-wind and torsional excitations due to vortex shedding. These oscillations often become resonant, causing large displacements of the structure. One of the buildings studied is a model created in order to allow comparison among various studies in different wind tunnels, having wide bibliography, called CAARC Standard Tall Builging. The other model is a real building (RCA), built in Brazil, with distinct architecture. The aim is to determine along-wind, cross-wind and torsional response in terms of their mean and fluctuating components, using a dynamic balance with three degrees of freedom (BD3GDL), two bending, assuming they are orthogonal and linear, and one torsional, which is assumed constant along the height, and through the high frequency pressure integration (HFPI) method, using reduced scale models in wind tunnel tests. The obtained experimental results for CAARC for normal wind acting on the facade were compared with other researchers’ values and they were in good agreement. The obtained experimental results for the Brazilian building for normal wind to the four facades, were compared with values obtained from theoretical-numerical methods considered in this study and they were, generally, also in good agreement. The BD3GDL simulated satisfactorily well the dynamic behavior of tall buildings under wind loading, even for an aeroelastic phenomena such as the resonance due to vortex shedding. The dynamic balance with three degrees of freedom has proved a useful tool in wind tunnel tests, for the facility to adjust the dynamic parameters of buildings tested and the results consistent with expectations as well as with other authors and analytical methods.