[pt] O crescente aumento da disponibilidade de recursos computacionais para a simulação numérica permite que cientistas e engenheiros produzam enormes quantidades de dados. A melhor compreensão destes dados mediante o uso de técnicas de computação gráfica é conhecido como visualização cientifica. Este trabalho propõe a visualização científica de problemas de engenharia usando uma arquitetura distribuída via WEB. Os dados simulados são lidos diretamente de um banco de dados e são gerados arquivos com as informações necessárias para sua visualização. Geram-se arquivos com dados de pré- processamento (como nós, elementos, linhas, áreas e elementos diferenciados por índices) e pós-processamento (como deformação, deslocamento e tensões, resultados mais importantes na análise utilizando o método de elementos finitos). Considerando uma arquitetura distribuída, a simulação numérica pode ser feita em um computador (servidor) e a visualização pode ser feita em um outro computador (cliente), utilizando uma interface simples, porém robusta para a visualização, como é o caso da WEB. A utilização do formato VRML facilita a distribuição e compartilhamento nesta visualização, fazendo assim independente a plataforma do servidor, que contém o software de simulação numérica, da plataforma do cliente. Usando como caso de estudo o software de Análise de Elementos Finitos ANSYS, os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios e melhor manipuláveis ao se comparar com resultados visualizados por aquele software. O estudo de caso pode ser estendido para outros softwares de simulação da área de mecânica dos sólidos. / [en] The growing increase in computational resources for numerical simulation allows researchers and engineers to generate huge amount of data. The understanding of those data through the use of computer graphics techniques is known as Scientific Visualization. This work proposes a Scientific Visualization of engineering problems through the use of a distributed architecture via Web. The simulated data are obtained directly from a data base and the appropriate information is generated to their visualization.Pre-processing data (such as nodes, elements, lines, areas etc) and posprocessing data (such as deformation, stress and strain, from a finite element analysis) are generated. A distributed architecture is considered which allows the numerical simulation to be done in a main computer (server) and the visualization to take place in another computer (client), by using a simple, but robust, interface, as is the Web. It is being used the VRML which provides a natural data distribution and sharing. Results obtained with the Ansys software, a case study for a finite element analysis, have proven to be satisfactory and allowing for easy manipulation when compared with the results visualized through the mentioned software. The proposed architecture can be extended to cope with other solid mechanics software.

[pt] Esta dissertação tem como objetivo principal estudar o comportamento dos taludes da mineração Pampa de Pongo, situada no Peru, em termos de deslocamentos e fatores de segurança contra ruptura por cisalhamento. As escavações atingem atualmente profundidades superiores a 900m com o corpo mineral seccionado por várias falhas geológicas que podem aumentar o potencial de risco de colapso dos taludes. As análises tensão x deformação foram executadas pelo método dos elementos finitos, em modelos bi e tridimensionais, considerando a existência e a ausência do sistema de falhas para melhor estimar e compreender a influência destas nos deslocamentos do maciço com o avanço das escavações. Este estudo também investigou as diferenças observadas nos resultados obtidos com dois programas comerciais de elementos finitos para solução de problemas geotécnicos (Phase2 e Plaxis 2D) tendo em vista as diferentes metodologias por eles empregadas na simulação de fraturas em meios contínuos. Nas análises de estabilidade os valores dos fatores de segurança determinados pelo método dos elementos finitos, em simulações 2D e 3D, foram também comparados com aqueles calculados por método de equilíbrio limite (método das fatias). De modo geral, observou-se que os efeitos das descontinuidades são maiores nos campos de deslocamentos horizontais e que também tendem a diminuir os valores de fator de segurança, inclusive para limites mínimos abaixo dos recomendados por normas brasileiras. / [en] This thesis aims to study the behavior of the Pampa de Pongo open pit mine, situated in Peru, in terms of displacements and safety factors against shear failure. Excavations currently reach depths greater than 900m and the orebody is sectioned by several geological faults that may increase the potential risk of collapse of embankments. The stress x strain analyses were carried out by the finite element method, with two and three dimensional models, considering the existence and the absence of the fault system, to better estimate and understand the influence of these discontinuities in the displacements of the rock mass with the advancement of excavations. This study also investigated the differences in results obtained with two commercial finite element programs for solution of geotechnical problems (Phase2 and Plaxis 2D) since they use different techniques to simulate fractures in continuous media. In the stability analyses, the values of safety factors determined by the finite element method in 2D and 3D simulations were also compared with those calculated by the equilibrium method limit (method of slices). In general, it could be observed that the effects of discontinuities are larger on the horizontal displacement fields and they also tend to decrease the values of safety factors, even below the minimum thresholds recommended by Brazilian Standards.

[pt] O crescimento populacional descontrolado e o desenvolvimento urbano desordenado têm testemunhado danos severos em assentamentos humanos no mundo. Fenômenos naturais extremos, como consequência de uma mudança climática abrupta, como o intenso aumento do índice pluviométrico, provocaram incidentes de deslizamentos de taludes que dificilmente seriam ignorados desde as últimas décadas. Pilhas feitas de materiais convencionais como a madeira, aço e concreto têm sido tradicionalmente utilizados para a estabilização de taludes, com a finalidade de evitar incidentes de desabamentos de aterros. O presente trabalho estuda o uso de um material não convencional, o bambu da espécie Dendrocalamus Giganteus (DG) para estabilidade de taludes, como uma alternativa de material para pilha mais amigável ao ambiente graças a sua disponibilidade geográfica e capacidade de absorção de gases de efeito estufa. Suas dimensões e mais importantes suas propriedades mecânicas, são totalmente compatíveis com as de um elemento de estaca estabilizadora de taludes. Uma análise do Método dos Elementos Finitos (FEM) foi desenvolvida no software PLAXIS para testes em 2 e 3 dimensões. Usando um modelo de encosta instável reforçada com estacas de bambu para observar a interação do solo-estaca e avaliar o fator de segurança (FS). Os resultados mostraram que as capacidades das pilhas de bambu são uma alternativa promissora para a estabilidade de taludes. / [en] Uncontrolled population growth and disorderly urban development had witnessed severe human settlement damages worldwide. Extreme natural phenomena consequence of abrupt climate change such as intense rainfall index increment had provoked landslides incidents hardly to ignore since last decades. Piles made of conventional materials such as timber, steel and concrete have traditionally been used for slope stabilization in order to prevent landslides incidents. The present paper studies the use of a non conventional material, the bamboo of the Dendrocalamus Giganteus (DG) species as bamboo-pile for slope stability, to become a more environmental friendly pile material alternative. Its dimensions and more important its mechanical properties, besides its geographical availability and greenhouse gases absorbing capabilities totally matches for an ecologic slope stabilizing pile element. Finite Element Method (FEM) analysis of bamboo-pile was developed on PLAXIS software for 2 and 3 dimensional tests. An unstable slope model condition was reinforced with bamboo-piles to observe the soil-pile interaction and evaluate the safety factor (SF). The results showed that the capabilities of the bamboo-piles are a promising alternative for slope stability.

[pt] A previsão do comportamento de materiais quase-frágeis desde o início de sua degradação até o aparecimento de fraturas pode ser apoiada pelo o uso da mecânica do dano contínuo. Efeitos térmicos, além de mecânicos, podem apresentar contribuição significativa na resposta do material e da estrutura. Nesse sentido, o acoplamento entre os distintos ramos da física descrevem a livre conversão da energia em suas diversas formas. O presente trabalho trata do acoplamento térmico em problemas de dano em materiais quase frágeis, em que são abordados o modelo de dano isótropico e os critério de danificação, bem como leis de evolução do dano térmico e mecânico. Além disso, aspectos inerentes à termodinâmica e transferência de calor são explicitados. O efeito térmico na análise estrutural inicia-se com uma investigação sobre os requisitos para que variações de temperatura produzam tensões térmicas e prossegue com um estudo do efeito no material, que reduz as propriedades de módulo de elasticidade, resistência à tração e à compressão além da energia de fratura. No entanto, a modelagem em elementos finitos da degradação da rigidez da estrutura devido ao processo de dano apresenta problemas de dependência da malha, que requerem o uso de técnicas de regularização da solução. Esse tópico é também abordado no trabalho. Exemplos numéricos demonstram os efeitos do acoplamento termomecânico na previsão da integridade de estruturas de materias quase-frágeis. / [en] Predicting the behavior of almost brittle materials in face of material degradation up to fracture is a topic that can be addressed with the use of continuous damage mechanics. Thermal effects, in addition to mechanical ones, may contribute significantly to the structural and material response. In this sense, the coupling between the different branches of physics takes into account the free conversion of energy in its various forms. The present work is about the thermal-mechanical coupling in in quasi-brittle materials, in which the isotropic damage model and the damage criteria are addressed, as well as the laws of evolution of thermal and mechanical damage. In addition, aspects inherent to thermodynamics and heat transfer are explained. The thermal effect in the structural analysis begins with an investigation of the requirements for temperature variations to produce thermal stresses and follows with a study of the effect of temperature on the material, which affects the elasticity module, the tensile and compression strength, in addition to the fracture energy. However, finite element modeling of stiffness degradation due to the damage process leads to problems of dependence on the mesh, which requires the use of regularization techniques, as addressed in this work. Numerical examples demonstrate the effects of thermo-mechanical coupling in the assessment of structure integrity.

[pt] As torres estaiadas estão entre as estruturas mais altas construídas pelo homem. Estas estruturas usualmente são muito esbeltas e a interação cabos/mastro leva a comportamentos altamente não lineares. Devido a sua complexidade, modelos simplificados são desenvolvidos para as simulações dessas estruturas. Um modelo discreto de dois graus de liberdade investigado por diversos autores apresenta fenômenos característicos de estruturas não lineares, como a superabundância de modos normais não lineares similares e modos normais não similares (NNMs), bifurcações de NNMs, ressonância interna e interação modal. O presente trabalho visa investigar o comportamento de um modelo estrutural contínuo de uma torre estaiada com um a três níveis de estais. O método dos elementos finitos (MEF) com uma formulação não linear é usado para realizar análises paramétricas da influência na resposta estática e dinâmica, linear e não linear, das características geométricas e físicas dos cabos, do peso próprio dos cabos e do mastro e de imperfeições iniciais nas frequências naturais e carga crítica da torre. As simetrias geradas pela distribuição uniforme dos cabos têm grande influência na resposta, dando origem a cargas críticas e frequências naturais coincidentes. Isso gera interação modal na flambagem e ressonância interna 1:1, aumentando o efeito da não linearidade geométrica na resposta. Uma análise qualitativa é desenvolvida, comparando as respostas da análise de vibração não linear do modelo contínuo com as do modelo de dois graus de liberdade. Essa análise comparativa indica a existência de múltiplos NNMs e multimodos. A influência desses modos e simetrias inerentes à torre é investigada através de uma análise paramétrica da torre sob excitação harmônica lateral. Os resultados mostram que a torre exibe uma resposta altamente não linear, mesmo sob baixos níveis de carga, o que deve ser considerado com cuidado na fase de projeto e indica a necessidade de investigações adicionais da resposta dinâmica não-linear dessas estruturas, considerando as diferentes distribuições dos cabos utilizadas na prática. / [en] The guyed towers are among the tallest man-made structures. These structures are usually very slender and their guy/mast interaction leads to highly nonlinear behaviors. Due this, simplified models are developed for simulating these structures. The discrete model of tow-degree of freedom investigated by several authors exhibits characteristic phenomena of nonlinear structures such as a superabundance of similar nonlinear normal modes and non-similar normal modes (NMNs), bifurcations of NMNs, internal resonance, and modal interaction. The present work aims to investigate the behavior of a continuous structural model of a tower with one to three guyed levels. The nonlinear finite element method (FEM) is used to parametric analyzes of the influence on static and dynamic responses, linear and nonlinear, of the geometric and materials characteristics of the guys, of the mast and guys self-weight and initial imperfections of the tower s natural frequencies and critical loads. The symmetries generated by the uniform distribution of guys have a great influence on the response, given rise to coincident critical loads and natural frequencies. This generates modal interaction in the buckling and 1:1 internal resonance, increasing the effect of the geometric nonlinearity on the response. A qualitative analysis is developed, comparing as the response of the nonlinear vibration of the continuous model as those of the two degrees of freedom model. This comparative analysis indicates the existence of the multiple NNMs and multimodes. The influence of theses modes and tower inherent symmetries are investigated through a parametric analysis of the tower under lateral harmonic excitation. tower modes. The results show that the tower exhibits a highly nonlinear response, even at low load levels, which must be considered with care in the design stage and indicates the necessary of further investigations of the nonlinear dynamic response of these structures considering the different guys distribution used in practice.

[pt] Estruturas cada vez mais esbeltas têm sido usadas para otimizar edifícios de grande porte e reduzir custos, inclui-se nisto o pé-direito das edificações e portanto a altura das vigas. Grandes vãos são cada vez mais comuns, principalmente quando se utiliza aço em edificações, gerando então amplos espaços de serviço em uma direção, mas obstáculos na outra pela continuidade das vigas. A utilização de aberturas na alma das vigas para passagem de tubulações de ar-condicionado, incêndio, etc., evita um acréscimo na altura. Em consequência há uma grande diminuição da capacidade resistente nestes elementos estruturais que dependem diretamente da forma, do tamanho e da posição destas aberturas. A presente dissertação descreve alguns métodos construtivos de aberturas em almas de vigas de aço, cálculos de dimensionamentos e normas relacionadas. Alguns estudos numéricos com aplicações do método dos elementos finitos foram realizados investigando: angulação de aberturas hexagonais, vigas com três aberturas nos terços médios, vigas casteladas (tipo Litzka, com quantidades diferentes de aberturas), vigas expandidas em altura e uma viga Litzka Expandida. Para tal, utilizou-se de seis perfis de uso prático e comparando-os entre estas alternativas descritas. A viga Litzka Expandida se destacou em resistência quando comparada com outros métodos de fabricação, como também pelo menor peso linear, praticidade na fabricação e posicionamento das aberturas. / [en] More slender structures are used in order to reduce costs, floors depht and floor to ceiling clear heights. Steel construction and composite construction for buildings often employs long spans for beams and girders, offering service room between beams in one direction only. The use of web openings for passage of service ducts avoids increasing the depth of construction. Beams with web openings have reductions on flexural and shear resistances depending on the geometry, size and position of such openings on the beam. This dissertation presents some construction methods of beam web openings, analysis and design recommendations, related standards and codes. Some numerical studies by the finite elements method were carried out and results are presented for: type of openings, number and spacing of openings, castelled beams (Litzka type and nonuniform distribution of openings) and expanded in depth beams. For this purpose, six commonly used profiles were used for testing the described web openings solutions. Some comparison results are presented. The Litzka type of web expanded beam presented the best performance in terms of strength, easy of fabrication and reduction of material costs.