[pt] A resposta dinâmica de sistemas estruturais não lineares tem sido um item de grande interesse nas pesquisas em engenharia civil. Problemas onde há interação base flexível-estrutura são de grande importância na análise estrutural, já que a maioria das estruturas civis é apoiada sobre sistemas flexíveis (solo ou sistemas de apoio com dissipação de energia). Nesta área, o estudo de sistemas submetidos a ações sísmicas é um tópico relevante, já que estas solicitações têm um grande conteúdo de frequências, o que pode influenciar consideravelmente as respostas da estrutura. Neste contexto, o conhecimento da resposta em frequência de estruturas não lineares sob uma excitação de base é uma ferramenta útil para avaliar os potenciais efeitos de ações sísmicas sobre estes sistemas. Na presente tese é desenvolvida uma metodologia de análise não linear dinâmica de sistemas estruturais reticulados sob excitações de base, considerando não linearidade geométrica e apoios flexíveis, representados por molas unidimensionais, com comportamento elasto-plástico. Através de uma análise paramétrica é avaliada a variabilidade das respostas de sistemas esbeltos submetidos a ações sísmicas reais, sismos artificiais, assim como ações sísmicas sucessivas. O problema no espaço é resolvido pelo método dos elementos finitos. Para a análise em frequência, é apresentada uma metodologia baseada no método do balanço harmônico e no método de Galerkin, juntamente com técnicas de continuação para a obtenção das curvas de ressonância não lineares. O problema no tempo é abordado através da integração das equações de movimento pelos métodos de Runge-Kutta e Newmark, associado ao método de Newton-Raphson. / [en] The dynamic response of nonlinear structures has been a topic of interest in civil engineering research. Problems in which base-structure interaction is present have a great importance in structural analysis, since most structures rests on flexibel systems (soil or supports with dissipation). In this research area, the study of structures under the action of seismic loads represent a relevant topic, since this kind of excitations may excite several vibration modes and thus influence strongly the dynamic response. In this context, the prediction of the nonlinear structural behavior in frequency domain of structures under base excitation is a useful resource to assess the potential effects of sismic loads on these systems. In this thesis, a methodology for nonlinear dynamic analysis of plane frame structures under base excitation is presented considering geometric nonlinearity and elastic supports represented by elasto-plastic unidimensional springs. Trough a parametric analysis, the variability of the dynamic responses of slender structural systems under the actions of real earthquakes, synthetics earthquakes, as well as the action of multiple earthquakes is assessed. The structural systems here analyzed are discretized in space using a nonlinear finite element formulation. For the response in frequency domain, a scheme based on the Balance Harmonic Method and the Galerkin method, in conjunction with continuation methods, is formulated to obtain the nonlinear resonance curves. The nonlinear dynamic response in the time domain is calculated by direct integration of the equations of motion. For this, the Runge-Kutta method and the Newmark method in association with the iterative Newton-Raphson scheme are employed.

[pt] No estado do Rio de Janeiro, os movimentos de massa em encostas passaram a representar um dos problemas mais importantes em geotecnia devido ao seu relevo acidentado, forma de ocupação e condições climáticas rigorosas. Visando identificar uma alternativa para avaliar encostas usando métodos não invasivos que possibilitem o trabalho em locais de difícil acesso, com rapidez e aquisição contínua de dados, neste trabalho é exposto uma análise teórica e prática deste processo de avaliação utilizando métodos geofísicos e o monitoramento contínuo da água no solo por meio de sensores. Os levantamentos geofísicos com uso do georadar e da análise multicanal de ondas superficiais para investigação da estratigrafia da encosta estudada, possibilitaram a identificação de três camadas: solo maduro, solo residual jovem e rocha. Para o monitoramento contínuo, são usados sensores de umidade volumétrica, sucção e um pluviômetro durante um período de 6 meses com a coleta de dados a cada 10 minutos. Com a interpretação dos dados coletados, verificou-se uma boa funcionalidade do monitoramento para avaliar as respostas de sucção e umidade volumétrica ao longo de períodos com intervalos irregulares de chuva. Os dados de precipitação e estratigrafia identificados são usados nas análises de infiltração e estabilidade saturada e não saturada, que possibilitaram a identificação de seções críticas com fator de segurança abaixo de 1,5, onde são necessárias intervenções para garantir a segurança da vizinhança. / [en] In the state of Rio de Janeiro, mass movements on slopes have become one of the most important geotechnical problems due to their rugged terrain, occupation and harsh weather conditions. In order to identify an alternative to evaluate slopes using non-invasive methods that enable work in hard to reach places, with rapid and continuous data acquisition, this paper presents a theoretical and practical analysis of this evaluation process using geophysical methods and continuous monitoring ground water through sensors. Geophysical surveys using georadar and multichannel analysis of surface wave to investigate the stratigraphy of the studied slope, allowed the identification of three layers: mature soil, young residual soil and rock. For the continuous monitoring, volumetric humidity and suction sensors and a rain gauge are used for a period of 6 months with data collection every 10 minutes. With the interpretation of the collected data, a good monitoring functionality was verified to evaluate the suction and volumetric humidity responses during periods with irregular rain intervals. The identified precipitation and stratigraphy data are used in the infiltration and saturated stability analyzes, which allowed the identification of critical sections with safety factor below 1.5, where interventions are necessary to ensure the safety of the neighborhood.

[pt] Um Governo deve ser comprometido com a melhoria contínua da prestação de serviços públicos e parte significativa deste comprometimento dá-se por garantir que os fundos públicos são gastos em atividades e projetos que proporcionam os maiores benefícios para a sociedade. A realização de uma Análise de Custo-Benefício (CBA) fornece ao decisor comparações quantitativas das alternativas de investimento, em conjunto com informações de apoio adicionais sobre todos os custos e benefícios que não puderam ser quantificados, auxiliando no processo decisório. Uma limitação da CBA é que, apesar da incerteza ser um aspecto inerente a ela, os fluxos de custos e benefícios futuros são estimados baseando-se somente em informações e premissas disponíveis no momento da decisão de investimento. Já existe extensa literatura demonstrando ser cada vez maior a importância de um gerenciamento empresarial flexível, com revisões constantes das estratégias e dos planos já concebidos. Logo, se percebe a necessidade de uma ferramenta como a Análise pela Teoria de Opções Reais (ROA) que permita a inclusão das incertezas e flexibilidades gerenciais na CBA. O principal objetivo dessa tese foi desenvolver um quadro teórico que permitisse a avaliação socioeconômica de projetos em ambiente de incerteza por meio da combinação da análise de custo-benefício e da análise pela teoria de opções reais. Adicionalmente, ela também tentou verificar se avaliação socioeconômica proposta produz resultados satisfatórios quando aplicada na prática. A abordagem integrada foi denominada de Análise de Custo-Benefício com Opções Reais (COBRA). De forma a verificar se esta nova abordagem agrega valor a um projeto, ela foi aplicada na avaliação de uma termelétrica a biomassa com unidade de produção de etanol em um cenário sem flexibilidade (Caso Base) e com flexibilidade (Caso Flexível). Por meio dessa aplicação, foi verificado que avaliação do projeto por meio da abordagem COBRA aumentou seu valor em 93 milhões de euros, tornando o resultado final positivo para a sociedade, permitindo a requisição de apoio financeiro governamental e viabilizando a realização do projeto. Os resultados obtidos indicam que, se aplicada corretamente, esta metodologia pode vir a ser uma alternativa viável para o problema de avaliação socioeconômica de projetos com flexibilidades em ambiente de incerteza. / [en] A government must be committed to the continuous improvement of its public services and a significant part of this commitment involves ensuring that public funds are spent on activities and projects that provide the greatest benefits to society. Conducting a Cost-Benefit Analysis (CBA) provides the decision maker with quantitative comparisons of investment alternatives, together with additional supporting information about all costs and benefits that could not be quantified, assisting in decision making. A limitation of CBA is that despite uncertainty being an inherent aspect to it, the future flows of costs and benefits are estimated based only on information and assumptions available at the time of the investment decision. Since there already is extensive literature demonstrating the increasing importance of flexible business management, with constant revisions of previously designed strategies and plans, one realizes the need for a tool like Real Options Analysis (ROA) that allows the inclusion of uncertainty and managerial flexibility in CBA. The main objective of this thesis was to develop a theoretical framework for the socioeconomic evaluation of projects under uncertainty through the combination of cost-benefit analysis and real options analysis. In addition, it also tried to verify if the proposed framework produces satisfactory results when applied in practice. The integrated approach was called COst-Benefit Real options Analysis (COBRA). In order to verify if this new approach adds value to a project, it was applied in the evaluation of a biomass powerplant with an ethanol production unit in a scenario without flexibility (Base Case) and with flexibility (Flexible Case). Through this application, it was found that the project evaluation through the COBRA approach increased its value by 93 million, turned the project into something beneficial for society, enabled government subsidies and made de project feasible. The results indicate that, if applied correctly, this approach may prove to be a viable alternative to the problem of socioeconomic evaluation of projects with flexibilities under uncertainty.

[pt] A tecnologia de poços inteligentes já possui muitos anos de experiência de campo. Inúmeras publicações tem descrito como o controle de fluxo remoto e os sistemas de monitoração podem diminuir o número de intervenções, o número de poços e aumentar a eficiência do gerenciamento de reservatórios. Apesar da maturidade dos equipamentos de completação o conceito de poço inteligente integrado como um elemento chave do Digital Oil Field ainda não está completmente desenvolvido. Sistemas permanentes de monitoração nesse contexto tem um papel fundamental como fonte da informação a respeito do sistema de produção real visando calibração de modelos e minimização de incerteza. Entretanto, cada sensor adicional representa aumento de complexidade e de risco operacional. Um entendimento fundamentado do que realmente é necessário, dos tipos de sensores aplicáveis e quais técnicas de análises estão disponíveis para extrair as informações necessárias são pontos chave para o sucesso do projeto de um poço inteligente. Este trabalho propõe uma nova forma de tratar os dados em tempo real de poços inteligentes através da centralização do pré-processamento dos dados. Um modelo poço inteligente numérico para temperatura em regime transiente foi desenvolvido, testado e validado com a intenção de gerar dados sintéticos. A aplicação foi escolhida sem perda de generalidade como um exemplo representativo para validação dos algorítmos de limpeza e extração de características desenvolvidos. Os resultados mostraram aumento da eficiência quando comparados com o estado da arte e um potencial para capturar a influência mútua entre os processos de produção. / [en] Intelligent Well (IW) technology has built-up several years production experience. Numerous publications have described how remote flow control and monitoring capabilities can lead to fewer interventions, a reduced well count and improved reservoir management. Despite the maturity of IW equipment, the concept of the integrated IW as a key element in the Digital Oil Field still not fully developed. Permanent monitoring systems in this framework play an important role as source of the necessary information about actual production system aiming model calibration and uncertainty minimization. However, each extra permanently installed sensor increases the well s installation complexity and operational risk. A well-founded understanding of what data is actually needed and what analysis techniques are available to extract the required information are key factors for the success of the IW project. This work proposes a new framework to real-time data analysis through centralizing pre-processing. A numeric IW transient temperature model is developed, tested and validated to generate synthetic data. It was chosen without loss off generality as a representative application to test and validate the cleansing and feature extraction algorithms developed. The results achieved are compared with the state of the art ones showing advantages regarding efficiency and potential to capture mutual influence among processes.

[pt] Recomendações específicas da União Internacional de Telecomunicações estabelecem objetivos de desempenho para enlaces de comunicações digitais terrestres. Esses objetivos impôem restrições a parâmetros tais como a taxa de segundos errados, a taxa de segundos severamente errados e a taxa de erro de bloco de fundo, a partir dos quais se define a disponibilidade do enlace. Os valores destes parâmetros são afetados por diversos fatores de degradação, sendo os principais deles a atenuação devido a chuvas e a interferências. Neste estudo é apresentada uma metodologia para a estimação destes parâmetros que considera, de forma conjunta, os efeitos devidos a essas degradações. O estudo considera, de forma analítica, as relações entre os diversos parâmetros envolvidos, e a caracterização estatística de cada um deles. Resultados numéricos ilustram o uso dos estimadores desenvolvidos no trabalho em situações de interesse prático. / [en] Specific recommendations published by The International Telecommunications Union establish performance objectives for digital communication links. These objectives impose constraints to parameters like the errored second rate, the severely errored second rate and the background block error ratio. Based on these parameters is defined the link availability. The values of these parameters are affected by various degradation factors, being the attenuation due to rain and external interferences the principal ones. This study presents a methodology to estimate the performance parameters for the parameters that jointly considers the effects due to these two degradations and uses analytical relations among the parameters involved as well as their statistical characterization. Numerical results illustrate the use of the developed estimators in situations of practical interest.

[pt] Detecção e reconhecimento de objetos são uma questão importante na área de Visão Computacional, onde a sua realização em tempo real e com taxas baixas de falsos positivos tem se tornado o objetivo principal de inúmeras pesquisas, inclusive daquelas relacionadas às novas formas de interatividade na TV Digital. Esta dissertação propõe um sistema de software baseado em aprendizado de máquina que permite um treinamento eficiente para novos objetos e realiza o subseqüente reconhecimento destes objetos em tempo real, tanto para imagens estáticas como para vídeos digitais. O sistema é baseado no uso de características Haar do objeto, que requerem um baixo tempo de computação para o seu cálculo, e na utilização de classificadores em cascata, que permitem tanto um rápido descarte de áreas da imagem que não possuem o objeto de interesse, quanto uma baixa ocorrência de falsos positivos. Por meio do uso de técnicas de segmentação de imagem, o sistema torna a busca por objetos uma operação extremamente rápida em vídeos de alta resolução. Além disto, com a utilização de técnicas de paralelismo, pode-se detectar vários objetos simultaneamente sem perda de desempenho. / [en] Object detection and recognition are an important issue in the field of Computer Vision, where its accomplishment in both real time and low false positives rates has became the main goal of various research works, including the ones related to new interactivity forms in Digital TV. This dissertation proposes a software system based on machine learning that allows an efficient training for new objects and performs their subsequent recognition in real time, for both static images and digital videos. The proposed system is based on the use of Haar features of the object, which require a low computation time for their calculation, and on the usage of a cascade of classifiers, which allows a quick discard of image areas that does not contain the desired object while having a low occurrence of false positives. Through the use of image segmentation techniques, the system turns the search for objects into an extremely fast operation in high-resolution videos. Furthermore, through the use of parallelism techniques, one can simultaneously detect various objects without losing performance.

[pt] Alguns óxidos cerâmicos apresentam Coeficiente de Expansão Térmica Negativa (ETN). Estes materiais usados como compósitos podem controlar a expansão térmica em valores determinados, inclusive zero. Este trabalho tem como objetivo propor novos óxidos da família A2M3O12 com coeficiente de expansão próximo a zero. Foi usada a Análise de Componentes Principais (PCA) para se verificar estatisticamente a causa de ETN em 45 óxidos conhecidos desta família e a partir daí foi usada uma Rede Neural para simulação de novos óxidos. / [en] Some ceramic oxides exhibit negative coefficient of thermal expansion. These material generally used as compounds can control the thermal expansion in determined values, including zero. The aim of this work is to propose new oxides of the family type A2M3O12 with coefficient of thermal expansion close to zero. The Principal Component Analysis (PCA) is used to statistically verify the reason for negative thermal expansion in 45 known oxides of this family and then, the neural network approach is used for simulation of new oxides.

[pt] Em um sistema de informação, falhas podem ocorrer pela diferença de entendimento das partes envolvidas em relação ao significado de um dado. Este é um problema bem conhecido pela engenharia de software, e defeitos deste tipo já foram responsáveis por falhas catastróficas, como a do Mars Climate Orbiter em 1999. O atual cenário de intercâmbio e processamento de dados, com grande volume de informação e heterogeneidade de participantes, cria um estado de suscetibilidade a estes defeitos. Entretanto, as técnicas de garantia de qualidade de software são tipicamente dirigidas à estrutura e às propriedades físicas dos dados, e não são eficientes ao observar questões semânticas. Este trabalho tem como intuito avaliar o uso de análise estática na detecção de conflitos semânticos em tipos de dados, e para validar sua eficácia esta abordagem foi comparada com outras técnicas de garantia de qualidade em um estudo qualitativo. A ferramenta de análise estática VERITAS (VERIficador estTÁtico Semântico) e a notação SemTypes foram desenvolvidas exclusivamente para tratar do problema de conflitos semânticos, adicionando controle de tipo semântico aos tipos reconhecidos por compiladores, e são apresentadas neste trabalho. / [en] Within information system, faults can occur by the difference in understanding of the parties involved regarding the meaning of data. This is a well-known problem for software engineering and defects of this type have been responsible for catastrophic failures, such as the Mars Climate Orbiter in 1999. The current scenario of data processing and exchange, with high information traffic volume and heterogeneous participants, increases system’s vulnerability to these defects. Besides that, techniques of software quality assurance are typically oriented to data structure and physical properties, failing to efficiently address semantics issues. This work has the objective to evaluate the use of static analysis to detect semantic conflicts in data types, investigating its efficacy through an qualitative study comparing different software quality assurance approaches. The static analysis tool VERITAS (VERIficador esTÁtico Semântico) and the SemTypes notation were exclusively developed to address the problem of semantic conflicts - adding a semantic control to the types recognized by compilers – and are presented in this work.

[pt] O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para quantificação, por microscopia, do microconstituinte Austenita-Martensita (AM) em um aço de alta resistência e baixa liga (ABRL) da classe API5LX80. Foram obtidas imagens de Microscopia Ótica (MO) em campo claro e Eletrônica de Varredura (MEV), nos modos de elétrons secundários (SE) e retroespalhados (BSE). As imagens foram quantificadas por Processamento e Análise Digital de Imagens (PADI) e os resultados dos dois tipos de microscopia foram comparados. O principal desafio foi discriminar AM em meio a uma microestrutura multifásica complexa, com frações variadas de ferrita, bainita e do próprio AM. Para revelar a presença de AM foram testadas diferentes sequências de ataques químicos e eletrolíticos. Os resultados demostraram que o ataque químico misto, acrescentando um passo Lepera modificado gerou uma melhora acentuada do contraste em imagens de MO e de MEV no modo BSE. Imagens de MEV no modo SE apresentaram problemas de borda devido à posição do detector de elétrons, o que impediu a correta discriminação das regiões de AM. No modo BSE, a tensão de aceleração foi reduzida para 5 kV, para reduzir a penetração do feixe de elétrons e aumentar o contraste devido à fina camada de AM. Estas imagens foram filtradas para reduzir ruído e segmentadas por limiar simples para quantificar o AM. Nas imagens coloridas de MO, o AM foi segmentado por limiares nos espaços de cor RGB e HSB e em seguida foi quantificado. Utilizando Microscopia Co-Localizada (MCL) foram obtidas imagens de campos idênticos no MEV e no MO, permitindo comparar as técnicas. Mostrou-se que, no mesmo aumento, a microscopia ótica tende a subestimar a fração de AM quando comparada à microscopia eletrônica de varredura, no modo BSE. / [en] This dissertation proposed the development of a quantification method, by microscopy, of the microconstituent Martensite-Austenite (MA) in a High Strength Low Alloy (HSLA) steel of the API5LX80 class. Images were obtained by Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM), in secondary electron (SE) and backscattered electron (BSE) modes. Digital Image Processing and Analysis (IA) was employed to process and quantify the acquired images and compare the results of the two types of microscopy. The main challenge was to discriminate the MA amidst a complex multiphase microstructure with varying fractions of ferrite, bainite and MA itself. To reveal the MA different chemical and electrolytic etching sequences were tested. The results showed that a mixed combination with an extra step of modified LePera etchant issued the best contrast for both OM and BSE mode SEM. SEM images in SE mode showed edge problems due to the location of the electron detector, what prevented the correct discrimination of MA regions. The accelerating voltage in the BSE mode was reduced to 5 kV which in turn decreased beam penetration and increase contrast due to the thin MA layer. These images were filtered to reduce noise and segmented by a simple threshold to quantify MA. In the color OM images MA was segmented by thresholds in the RGB or HSB color spaces and subsequently quantified. Employing Co-Site Microscopy images of identical fields acquired by OM and SEM, a direct comparison of the techniques was allowed. It was show that, for the same magnification, optical microscopy tends to underestimate the MA fraction when compared to electron microscopy in BSE mode.

[pt] Sismos são considerados um dos desastres naturais mais catastróficos devido ao seu imenso potencial destrutivo, à extensão dos seus efeitos e pela sua súbita e inesperada ocorrência, podendo desencadear sérias consequencias como deslizamentos de encostas, liquefação de solos, corrida de detritos, etc. O estudo da estimativa da ameaça sísmica é de grande importância na engenharia geotécnica, principalmente em obras especiais como barragens, dos pontos de vista sócio econômico, ambiental e de segurança. Análises sísmicas destas geoestruturas mesmo em zonas de baixa sismicidade, como no Brasil, devem ser consideradas como consequência natural de uma boa prática de projeto, pois tais instalações precisam manter-se seguras e em funcionamento durante a sua vida útil, visando à segurança e bem estar da população em geral. A motivação principal da presente dissertação é reunir informações e apresentar métodos de estudo de ameaça sísmica e da resposta dinâmica de obras de terra. Um sistema de contenção de rejeitos de bauxita localizado na Jamaica, em zona de alta atividade sísmica, é analisado procurando-se estabelecer as características fundamentais do terremoto de projeto a partir de uma análise probabilística de ameaça sísmica regional. A estabilidade dos taludes do dique de contenção, bem como os deslocamentos permanentes provocados pelo sismo, são estimados por metodologias simples (método de estabilidade pseudo-estático, método de Newmark) e soluções mais complexas baseadas no método dos elementos finitos. / [en] Earthquakes are considered one of the most catastrophic natural disasters due to its immense destructive potential, the extent of its effects and its sudden and unexpected occurrence, which can trigger serious consequences such as landslides, soil liquefaction, debris flow, etc. The study of seismic hazard is of great importance in geotechnical engineering, especially in cases involving special structures such as earth dams, under the socio-economic, environmental and security points of view. Seismic analysis of such special structures, even in areas of low seismicity as in Brazil, should be considered as a natural consequence of good design practice, since these facilities do need to remain safe and operational during their entire lifetime. The main motivation of this dissertation is to gather information and to present and discuss methods for the estimate of the seismic hazard and evaluation of the dynamic response of earth works. A tailings dam system located in Jamaica, within an area of high seismic activity, is analyzed in this dissertation, with the objective to establish the fundamental characteristics of the earthquake design from a probabilistic analysis of the regional seismic hazard. The slope stability of the dike and the permanent displacements caused by the earthquake are estimated by simple methods (pseudo-static stability method, Newmark method) and more complex solutions based on the finite element method.