[pt] Os custos de uma campanha exploratória, incluindo a perfuração de poços de petróleo estão cada vez mais elevados. As vibrações nas colunas de perfuração estão presentes a todo momento nas operações de perfuração, o que podem ocasionar a quebra destas colunas e do BHA (Bottom Hole Assembly), danos em brocas e demais equipamentos. Além do custo do possível dano e/ou perda destes equipamentos, existem os custos da sonda parada e a despesas operacionais das companhias contratadas, o chamado custo de Stand by, e o mais indesejável, a perda do poço. Fenômenos como Bit Bounce, Stick-Slip e Forward/Backward Whril, que advém das vibrações axiais, torcionais e laterais respectivamente, são motivos de vários estudos. Esta dissertação pretende fazer a validação do modelo matemático de dinâmica torcional utilizado na dissertação de mestrado de CAYRES (2013) para gerar mapas de estabilidade para vibrações torcionais. Nesta dissertação parâmetros reais de uma coluna de perfuração foram inseridos no modelo com objetivo de obter mapas de estabilidade de vibrações torcionais para a perfuração de um poço na Bacia de Solimões. Tais mapas de estabilidade foram gerados a partir deste modelo matemático, que na tese de CAYRES (2013), é baseado em procedimento experimental, com um atrito não linear induzindo o fenômeno stick-slip que está associado às vibrações torcionais. Este fenômeno tem relação entre torque e velocidade angular na broca provocando vibrações indesejáveis na coluna de perfuração. A geração destes mapas permitiu que a análise de sensibilidade e a averiguação da ocorrência ou não de vibrações torcionais fossem feitas, bem como a inserção de valores de WOB (peso sobre a broca) e RPM (velocidade de rotação) de um caso real de perfuração de um poço na Bacia do Solimões. Nesta análise de sensibilidade foram considerados, além dos aspectos acima citados, o tipo de broca e formação geológica, permitindo assim a validação do modelo de CAYRES (2013) e contribuindo para a otimização dos processos operacionais da perfuração de poços de petróleo. / [en] The costs of an exploration campaign, including the drilling of oil wells are increasingly high. The vibrations in the drill strings are present at all times in drilling operations that can cause damage of these drill pipe and BHA (Bottom Hole Assembly), as drill bits and other equipment. Besides the cost of a possible damage or loss of such equipment, there are the costs when the rig is not operating and the expenses of all companies involved in the operations, called the cost of stand by, and the worst case scenario of the undesirable loss of the well. The Phenomena like Bit Bounce, Stick-Slip and Forward/Backward Whril, that arises from axial, torsional and lateral vibrations respectively are the motivation of several studies. This dissertation aims to show the validation of the mathematical modeling of the torsional dynamics used in CAYRES (2013) that generate stability maps for torsional vibrations. In this dissertation real parameters from a drill string were inserted in this mathematical modeling, aiming to obtain stability maps for torsional vibrations during a drilling operation of a well in Solimões Basin. Such stability maps were generated from a dynamic model that in CAYRES (2013) thesis is based on an experimental procedure with a nonlinear friction inducing stick-slip phenomenon associated to torsional vibrations. This phenomenon is related to torque and angular velocity on the bit generating undesirable vibrations. Build stability maps and checking when torsional vibrations happen, and then comparing with a real case of WOB (weight on bit) and RPM (rotary speed) in Solimões Basin. In this sensitivity analysis were considered, besides the aspects mentioned above, the kind of bit and geological formation in order to contribute to the optimization of the oil well drilling operational process.

[pt] O micro-satélite Franco-Brasileiro é um satélite científico, projetado em conjunto pelo Brasil e França. O satélite será lançado pelo foguete ARIANE 5. Em função do lançador, a estrutura do satélite deve satisfazer certas restrições como: a massa total de 100 kg, sendo a massa estrutural máxima de 10,50 kg, e primeira frequência lateral maior que 50 Hz. O projeto inicial do satélite obteve massa estrutural igual a 9,89 kg e frequência lateral igual a 18,57 Hz. O valor da frequência está muito longe da mínima exigida, e para aumentá-la sem ultrapassar a massa permitida usou-se a otimização estrutural e análise de sensibilidade. Após a otimização o modelo atingiu a frequência de 23,89 Hz e a massa passou de 9,89 para 10,50 kg. A análise de sensibilidade mostrou que o painel inferior do satélite era o mais sensível em relação a frequência. Foi proposto um novo projeto reforçado com o acréscimo de enrijecedores sob o painel inferior. Foram analisadas cinco alternativas de projeto com diferentes arranjos dos enrijecedores. Destas cinco alternativas, optou-se por trabalhar com os projetos das alternativas 2 e 3 que apresentaram os melhores resultados. Um projeto apresentou frequência de 30,88 Hz e o outro frequência de 32,32 Hz. Os dois projetos ultrapassaram a massa máxima , 10,70 kg e 11,24 kg, respectivamente. A otimização realizada aumentou a frequência e reduziu a massa ao mesmo tempo. A maior frequência obtida foi a do terceiro projeto que passou de 32,32 para 33,16 Hz. O critério de projeto que exige que a primeira frequência lateral seja maior que 50 Hz terá que ser resvisto, pois é muito difícil de ser alcançado para um limite de massa estrutural de 10,50 kg com certas restrições geométricas que também têm que ser levadas em conta. Esta mudança de critério deverá ser negociada com os projetistas do foguete ARIANE 5. / [en] The French-Brazilian Micro-Satellite is a scientific satellite designed by France and Brazil. The satellite will be launched by the rocket ARIANE 5. The layout of the satellite was conceived to satisfy certain structural constraints such as: structural mass below 10.50 kg and first lateral frequency greater than 50 Hz. The initial design of the satellite has structural mass of 9.89 kg and first lateral frequency of 18.57 Hz. This frequency is far away from the minimum required. Therefore, changes had to be made in order to increase the first lateral frequency without violating the constraint of a maximum structural mass of 10.50 kg. The sensitivity analysis showed that the frequency was much more sensit ive to changes on the lower panel of the satellite. It was proposed a change with the purpose of stiffening the lower panel. Five reinforced design projects were analyzed. Two design projects were chosen which presented the best results. One project has a first lateral frequency of 30.88 Hz and the other one a frequency of 32.32 Hz. The two projects violated the structural mass constraint, with 10.70 kg and 11.24 kg, respectively. The optimization increased the frequency and reduced the structural mass at the same time. The largest frequency obtained was the one of the third project whose frequency was 33.16 Hz. The requirement related to the minimum frequency will have to be modified because it is very difficult to be satisfied by a structure with 10.50 kg of mass. / [es] Este trabajo describe un sistema gráfico interactivo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para la enseñanza y automatización de las tareas del proyecto extructural de pórticos planos. En este trabajo se consideran las tareas de dimensionamiento de extructuras de acero según la Norma Canadiense de proyectos de extructuras de acero en edificaciones - CAN/CSA-S16.1-94. La integración completa de las fases de preprocesamiento, análisis extructural, posprocesamiento y dimensionamientos, a través de una interface amigable y eficiente, crea un ambiente donde los resultados de un paso de la modelaje pueden ser interpretados por el estudiante y utilizados como información para determinar las modificaciones del paso siguiente. Experimentar diferentes concepciones extructurales lleva a los estudiantes a una mejor comprensión del comportamiento extructural y de las fases de dimensionamiento de los pórticos. Con las implementaciones realizadas en el programa FTOOL, los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles ganarán rapidez en la ejecució de un proyecto ya que es posible realizar varias análisis en un corto espacio de tiempo para una misma extructura, probando diferentes tipos de perfiles metálicos. Con tal recurso, el usuario define una extructura más económica que puede atender las solicitudes previstas en el proyecto. El sistema permite también, probar posibles padronizaciones de elementos con el objetivo de facilitar la fabricación y el montaje. Los criterios de dimensionamiento implantados en el programa permiten a los usuarios no solo automatizar las etapas sino también explorar mejor las posibilidades de entender los modos de ruína de los elementos extructurales y los parámetros controladores del dimensionamiento de la extructura metálica. Estas etapas comprenden desde la determinación de la clase hasta el cálculo de los estados límites últimos y la utilización de los perfiles de la extructura. Los resultados realizados en la extructura pueden ser visualizados como un todo o a través de consultas individuales, barra a barra. La memoria de cálculo generada por el programa auxilia a los alumnos en el estudio de todas las etapas del proceso de dimensionamiento extructural en acero. 1268 El micro-satélite Franco-Brasileiro es un satélite científico, proyectado en conjunto por Brasil y Francia. El satélite será lanzado por el foguete ARIANE 5. En función del lanzador, la extructura del satélite debe satisfacer ciertas restricciones como: masa total de 100 kg, considerando la masa extructural máxima de 10,50 kg, y primera frecuencia lateral mayor que 50 Hz. El proyecto inicial del satélite consiguió masa extructural igual a 9,89 kg y frecuencia lateral igual a 18,57 Hz. El valor de la frecuencia está muy lejos de la mínima exigida, y para aumentarla sin ultrapasar la masa permitida se utilizó optimización extructural y análisis de sensibilidad. Después de la optimización, el modelo alcanzó frecuencia de 23,89 Hz y la masa pasó de 9,89 para 10,50 kg. El análisis de sensibilidad mostró que el panel inferior del satélite era el más sensible en relación a la frequencia. Fue propuesto un nuevo proyecto reforzado con la adición de enrijecedores bajo el panel inferior. Fueron analizadas cinco alternativas de proyecto con diferentes arreglos en los enrijecedores. De estas cinco alternativas, se optó por trabajar con los proyectos de las alternativas 2 y 3 que presentaron los mejores resultados. Uno de los proyectos presentó frecuencia de 30,88 Hz y el otro, frecuencia de 32,32 Hz. Ambos ultrapasaron la masa máxima, 10,70 kg y 11,24 kg, respectivamente. Al optimizar, se produjo un aumento de la frecuencia al mismo tiempo que se redujo la masa. La mayor frecuencia que se obtuvo fue la del tercer proyecto que pasó de 32,32 para 33,16 Hz. El criterio de proyecto que exige que la primera frecuencia lateral sea mayor que 50 Hz tendrá que ser resvisado, pues resultó muy difícil de alcanzar para un límite de masa extructural de 10,50 kg con ciertas r

[pt] Este trabalho apresenta um estudo do cálculo de sensibilidades necessário para a análise de problemas inversos e de otimização, usando o método híbrido dos elementos de contorno. Com esta finalidade, é desenvolvida uma formulação que permite obter as sensibilidades à mudança de forma, por diferenciação implícita das integrais de contorno, de uma estrutura já discretizada. Demonstra-se que as sensibilidades das matrizes obtidas desta formulação apresentam propriedades espectrais definidas, que são derivadas da formulação básica do método híbrido dos elementos de contorno. Todo o desenvolvimento é feito para um problema da elastostática tridimensional, embora sejam apresentadas apenas aplicações de problemas bidimensionais e de potencial, como casos particulares. As singularidades que surgem na integração no cálculo das sensibilidades são facilmente solucionáveis a partir das integrais da formulação básica do método híbrido dos elementos de contorno. As implementações numéricas são feitas utilizando a linguagem de programação Maple V release 3. Para ambos os casos, de potencial e elasticidade bidimensional, são usados elementos lineares para a representação do contorno. São apresentadas comparações entre os resultados analíticos obtidos através desta formulação com os resultados obtidos usando a técnica de diferenças finitas (centradas), com o objetivo de demonstrar a eficiência e precisão da metodologia aqui desenvolvida. / [en] The present work describes a formulation for computing design sensitivities required in inverse problems and shape optimization of solid objects, in the frame of the hybrid boundary element method. The so-called direct differentiation method is applied in order to calculate the gradients, i.e. the implicit diferentiation of the discretized boundary is performed, resulting in a general and efficient analysis technique for shape design sensitivity analysis of all structural quantities. It is demonstrated that the resulting sensitivities matrices present some useful spectral properties, which are related to the matrix spectral properties of the basic hybrid formulation. This formulation is valid for tridimensional solids, although only potential and bidimensional applications are considered as particular cases. The singularities that appear in the resulting boundary integrals are exactly the same which have already been dealt with in the basic formulation. The analytical and numerical procedures were performed by using the mathematical package Maple V release 3. Linear boundary elements were used for both potential and elasticity problems. Numerical results obtained by the present procedure are compared to finite differences results to demonstrate the effectiveness of the present formulation. / [es] Este trabajo presenta un estudio del cálculo de sensibilidades, que tiene gran importancia en el análisis de problemas inversos y de optimización, usando el método híbrido de los elementos de contorno. Con esta finalidad, se desarrolla una formulación que permite obtener las sensibilidades al cambio de forma de una extructura ya discretizada, por diferenciación implícita de las integrales de contorno. Se demuestra que las sensibilidades de las matrices obtenidas por esta formulación presentan propriedades espectrales definidas, que son derivadas de la formulación básica del método híbrido de los elementos de contorno. El desarrollo de la formulación se realiza para un problema de elastostática tridimensional, aunque se presentan apenas las aplicaciones de problemas bidimensionales y de potencial, como casos particulares. Las singularidades que surgen en la integración en el cálculo de las sensibilidades pueden ser fácilmente resueltas a partir de las integrales de la formulación básica del método híbrido de los elementos de contorno. La implementación numérica utiliza el lenguaje de programación Maple V release 3. Para los casos de potencial y elasticidad bidimensional, se utilizan elementos lineales para la representación del contorno. Se comparan los resultados analíticos obtenidos a través de esta formulación con los resultados obtenidos usando la técnica de diferencias finitas (centradas), con el objetivo de demostrar la eficiencia y precisión de la metodología aqui desarrollada.

[pt] O objetivo deste trabalho é apresentar uma formulação e uma correspondente implementação computacional para otimização de dimensões de estruturas evitando os problemas de instabilidade apresentados pela formulação convencional. Para atingir este objetivo, a formulação utilizada considera os efeitos da não-linearidade geométrica no comportamento da estrutura e inclui uma restrição sobre a carga de colapso. Elementos finitos reticulados planos e a formulação Lagrangiana Atualizada forma utilizados para análise de estruturas com comportamento geometricamente não- linear. As varáveis de projeto são as alturas das seções transversais dos elementos. O método de Newton-Raphson é utilizado acoplado a diferentes estratégias de incremento de carga e de iteração,tais como as que utilizam a restrição do comprimento de arco e as baseadas no controle dos deslocamentos generalizados, que permitem a ultrapassagem de pontos críticos que possam existir ao longo da trajetória de equilíbrio. Os algoritmos de programação matemática utilizados neste trabalho empregam os gradientes da função objetivo e das restrições, que são calculados com base nos gradientes das respostas da estrutura. Partindo-se das equações gerais de equilíbrio válidas para qualquer elemento, foram desenvolvidas expressões analíticas aproximadas que permitem o cálculo das sensibilidades em relação as variáveis de projeto aproveitando as características da análise. / [en] The aim of this work is to present a formulation and corresponding computational implementation for the sizing optimization of structures. To achieve this goal, the formulation considers the structural geometric nonlinear behavior and include a constraint related to the collapse load. Plane frame finite elements and Updated Lagrangian approach are used for the geometric nonlinear analysis. The standard Newton-Raphson method, in connection with different load increment strategies and iteration, such as use the arch length method and strategies based on the control of generalized displacements, which allow the algorithm to transpose the critical points that happen to appear along the equilibrium path. The mathematical programming algorithms applied in this work make use of the gradients of the objective function and of the constraints, which depend on the gradients of the structural response. Starting from general equilibrium equations for the Update Lagrangian approach, valid for any finite element, approximate analytical expressions for the sensitivity analysis whit respect of design variables were developed taking advantage of the structural characteristics.

[pt] No Brasil, os riscos à saúde humana resultantes da exposição a compostos químicos vêm sendo abordados há poucos anos. Em 2009 foi publicada a Resolução CONAMA 420 que deu início à regulamentação desta prática e em 2013 o procedimento de avaliação de riscos à saúde humana em áreas contaminadas foi normatizado através da NBR 16209. Esta dissertação apresenta um estudo de avaliação de risco à saúde humana a partir de um estudo de caso de uma área contaminada com hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), considerando a exposição de futuros trabalhadores da área. Diante dos resultados obtidos foi realizada uma análise de sensibilidade dos parâmetros do meio físico da área de estudo para que fosse possível determinar e recomendar quais devem ser melhor investigados em estudos de áreas contaminadas com HPAs. Os resultados de risco à saúde humana mostraram que a rota de exposição mais crítica para o estudo de caso é a inalação de vapores em ambientes fechados, devido à ocorrência de compostos de baixo peso molecular, como o naftaleno. A análise de sensibilidade mostrou que o parâmetro do meio físico que exerceu maior influência nos resultados de risco à saúde humana foi a fração de carbono orgânico (FOC). Quanto maior a FOC menor foi o risco por inalação em ambientes abertos, fechados ou contato direto com a água subterrânea. / [en] In Brazil, the risks to human health from exposure to chemical compounds have been discussed since few years ago. In 2009 federal resolution CONAMA 420 was published, starting the regulation of this practice, and in 2013 the procedure of human health risk assessment (HHRA) in contaminated areas was regulated by the Brazilian Regulatory Standard (NBR) 16209. This dissertation presents a HHRA for a case study of an area contaminated with Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), considering the exposure of future workers in the area. Based on the results a sensitivity analysis of the soil physical parameters of the study area was performed to determine and recommend which of the parameters should be further investigated in studies of areas contaminated with PAHs. The results of the HHRA showed that the most critical exposure pathway to case study is the inhalation of indoor air due to the occurrence of low molecular weight compounds such as naphthalene. The sensitivity analysis showed that the soil physical parameter that had greater influence on the risk results was the fraction of organic carbon (FOC). The higher the FOC the lower was the risk for inhalation in outdoor spaces, enclosed spaces or direct contact with groundwater.

[pt] O contínuo processo de transformação do mercado faz com que as empresas não pensem unicamente em si mesmas, mas em toda a cadeia de suprimentos, na qual estão inseridas. Atualmente, a principal meta é a redução dos seus diversos custos de distribuição, fazendo uso de novas tecnologias ou melhores sistemas, sem esquecer de manter ou melhorar o seu nível de serviço. Este trabalho considera um sistema de distribuição física constituído por um centro de distribuição (CD) e 44 furgões. A partir do CD os furgões atendem diariamente todos os clientes situados na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Nesta dissertação serão examinadas algumas propostas de configuração da rede de distribuição porta-a-porta de uma grande empresa industrial, na Região Metropolitana do Rio de Janeiro, para se chegar a menores custos, desperdícios e maior eficiência. O sistema atual é avaliado e diversas configurações de modificação na estrutura do sistema são examinadas, incluindo a colocação de um ou mais depósitos regionalizados, dentro da Região Metropolitana do Rio de Janeiro, auxiliando o depósito central (CD Principal), de modo a reduzir as distâncias percorridas, reduzir a frota e melhorar o atendimento aos clientes. Após a montagem das configurações, são feitas três análises para examinar as variações dos custos logísticos, dependendo da evolução da demanda e de congestionamentos resultantes nas vias da Região Metropolitana. O trabalho conclui mostrando que o aumento de custos das estruturas propostas, com mais um único depósito avançado, pode ser recompensado com ganhos operacionais e mercadológicos. A consideração de cenários futuros, com maiores custos de combustíveis e maiores congestionamentos reforça a proposta, sem chegar a viabilizar a proliferação dos depósitos avançados. / [en] The continuous process of transformation of the market forces the companies to think not only on themselves, but on the whole supply chain, in which they are inserted. Currently, the main goal is the reduction of their diverse costs of distribution, making use of new technologies or better systems, without forgetting to keep or improving its level of service. This study considers a physical distribution system that operates with one distribution center (DC) and 44 small trucks. Departing everyday from the DC the trucks supply all customers that belong to the Metropolitan Region of Rio de Janeiro. In this thesis some proposals for the door-to-door configuration of the distribution network of a great industrial company will be examined, in the Metropolitan Area of Rio de Janeiro, to reach lower costs, less waste and greater efficiency. The current system is evaluated and diverse configurations of modification in the system`s structure are examined, including the introduction of one or more deposits, in the Metropolitan Area, assisting the central deposit, in order to reduce the traveled distances, to reduce the fleet and to improve the customer`s attendance. After the assembly of the configurations, and considering various scenarios of evolution of demand and increase of traffic congestion, analyses are made to examine the variations of the logistics costs. The thesis goes to showing that the increase in the costs of an additional advanced warehouse, can be paid with operational and marketing profits. The consideration of future scenarios with larger fuel costs and more dramatic traffic congestion shall reinforce the proposal of one warehouse but yet do not recommend the proliferation of them.

[pt] O presente trabalho teve como objetivo a elaboração de um modelo para simulação dos custos de implantação e operação de um sistema de cogeração operando em paralelo com um sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica e com a rede de energia elétrica da concessionária distribuidora com base nos consumos médios horários mensais de energia elétrica e térmica para condicionamento de ar. O modelo contém um pequeno banco de dados com as especificações técnicas dos principais componentes do sistema para seu dimensionamento e para a realização dos cálculos energéticos em função das demandas médias horárias mensais do consumidor com o objetivo de determinar os custos de operação médios horários mensais do sistema e, consequentemente, dos custos de operação médios anuais. Simulou-se o caso hipotético de um shopping center na cidade do Rio de Janeiro com área total construída de 75.000 metros quadrados divididos em 03 andares, estimando sua curva de demanda de energia elétrica e de energia térmica para condicionamento do ar. Os resultados da simulação mostram que o sistema simulado apresenta viabilidade econômica pela economia gerada com a redução dos custos em diversos cenários simulados, fornecendo subsídios técnicos e econômicos para a tomada de decisão do consumidor para a realização do investimento no sistema de cogeração e de energia fotovoltaica em paralelo com a rede de energia elétrica como autoprodutor. / [en] This work aimed at the development of a simulation model of performance and costs of a cogeneration system working in parallel of a photovoltaic generation plant and the energy grid based on average monthly hourly demand profiles of electric energy and cooling energy as chilled water. The model contains a small database with the technical specifications of the major system components for your design and to do the energy calculations based on the average monthly hourly demand profiles in order to determine the hourly average operating costs of the system and the average annual operating costs. A hypothetical case of a shopping mall situated in the city of Rio de Janeiro with 75,000 square meters as total built área was simulated and its average hourly demand profile of electricity and termal energy as chilled water was estimated. The results showed that the savings generated by the reduction of costs of the simulated system is economically feasible for various simulated scenarios.The model results provide grants for technical and economic decision of the consumer to make investment in cogeneration cogeneration system and photovoltaic plants operating in parallel of the energy grid as self producer.

[pt] Esta dissertação tem como objetivo principal estudar o comportamento mecânico de um túnel, especificamente avaliando a degradação do maciço rochoso escavado de gnaisse ao longo do tempo, como se tem na região Sudeste do Rio de Janeiro. A maior cobertura da escavação subterrânea atinge a uma profundidade de 300m., com o um grau de alteração dos minerais da rocha escavada, seccionada por três famílias de descontinuidades que são de maior importância geológica com o potencial risco ao desabamento. Além disso, se avaliaram os cenários, em condições muito persistentes e moderadamente persistentes, com a finalidade de observar sua influência na estabilidade do túnel. Também foi avaliado o comportamento do maciço para três cenários de tensões in situ, K0= 1 (Condições Hidrostáticas), K0= 0.5 e K0= 1.5. Nas análises foram considerados a escavação com e sem elementos de suporte. Os suportes do maciço rochoso nas análises foram com concreto projetado com fibras metálicas (CPRF), reforço de cabos e a mistura dos dois. A análise numérica bidimensional da estabilidade da escavação, para os diferentes casos mencionados, foi feita utilizando o Método dos Elementos Discretos (MED), através do software comercial UDEC (Itasca, 2011). Nas análises dos mecanismos de ruptura com valores de deslocamentos cisalhantes máximos, foi observado que os efeitos do comportamento cisalhante do maciço são maiores na medida em que o ângulo de atrito vai diminuindo, tendo uma importante incidência na sua estabilidade o grau de persistência. Estes resultados mostram índices capazes de prever o comportamento de instabilidade da escavação para estes casos desenvolvidos. / [en] This thesis has the main objective to study the mechanical behavior of a tunnel, specifically assessing the degradation of gneiss rock mass excavated over time, as it has in the South-east region of Rio de Janeiro. The cover of the underground excavation reaches the depth of 300m. with a degree of alteration of minerals of the excavated rock, sectioned by three families of discontinuities that are of most geological importance with the potential risk of collapse. Moreover, scenarios are evaluated in conditions very persistent and moderately with the purpose of observing their influence on the stability of the tunnel. It was also rated the rock mass behavior for three scenarios of in situ stresses, K0= 1 (Conditions Hydrostatic), K0= 0.5 and K0= 1.5. In the analysis were considering the excavation with and without support elements. The supports of the rock mass in the analysis were with shotcrete with steel fibers (CPRF), reinforcement cable bolts and mixing the two. Two-dimensional numerical analysis of the stability of the excavation for the different cases mentioned was made using the Method of Discrete Elements (DEM) through the commercial software UDEC (Itasca, 2011). In the analysis of failure mechanisms with maximum shear displacement values, it was observed that the effects of mass shear behavior are larger in as far as than the friction angle decreases, with an important effect on their stability the degree of persistence. These results show indexes able to predict the behavior of instability of the excavation for these cases developed.

[pt] Estruturas treliçadas espaciais são arranjos geométricos de barras amplamente utilizados em coberturas de edificações. Diversos fatores favorecem o seu uso, tais como a capacidade de vencer grandes vãos e a facilidade em assumir diversas formas. A busca pela geometria ótima é um objetivo importante no projeto de estruturas, onde o interesse principal é minimizar o custo da estrutura. O objetivo deste trabalho é apresentar um sistema computacional capaz de minimizar o peso de estruturas treliçadas cuja geometria é definida por curvas de Bézier. Portanto, os pontos de controle das curvas de Bézier são utilizados como variáveis de projeto. As áreas das seções transversais das barras e a altura da treliça também são consideradas como variáveis de projeto e restrições sobre a tensão de escoamento e a tensão crítica de Euler são impostas no problema de otimização. A estrutura é analisada por meio do método dos elementos finitos considerando a hipótese do comportamento linear físico e geométrico. Os algoritmos de otimização usados neste trabalho utilizam o gradiente da função objetivo e das restrições em relação às variáveis de projeto. O sistema computacional desenvolvido neste trabalho foi escrito em linguagem MATLAB e conta com uma integração com o SAP2000 por meio da OAPI (Open Application Programming Interface). Os resultados numéricos obtidos demonstram a eficiência e a aplicabilidade deste sistema. / [en] Spatial truss structures are geometrical arrangements of bars widely used in building roofs. Several factors favor their use, such as the ability to overcome large spans and the capability of assuming a variety of configurations. The search for optimal geometry is an important goal in the design of structures, where the main interest is to minimize the cost of the structure. The objective of this work is to present a computational system capable of minimizing the weight of truss structures whose geometry is defined by Bézier curves. Therefore, the control points of the Bézier curves are used as design variables. The cross-sectional areas of the bars and the truss height are also considered as design variables and constraints on the yield stress and Euler critical stress are imposed on the optimization problem. The structure is analyzed using truss elements considering the physical and geometric linear behavior. The optimization algorithms used in this work require the gradient of the objective function and constraints with respect to the design variables. The computational system developed in this work was written in MATLAB and has an integration with SAP2000 through the OAPI (Open Application Programming Interface). The obtained numerical results demonstrate the efficiency and applicability of the developed system.

[pt] Em muitos problemas de engenharia, e.g., no projeto de próteses biomédicas flexíveis ou em dispositivos de absorção de energia, estruturas sofrem grandes deslocamentos. Nestes casos, a não linearidade geométrica deve ser levada em conta na resposta estrutural. Contudo, algoritmos de otimização topológica considerando não linearidades, e modelados segundo o método de elementos finitos, sofrem instabilidades numéricas causadas por distorções excessivas nas regiões de baixa densidade dentro do domínio de projeto. Em particular, a matriz de rigidez pode não ser positiva definida comprometendo a convergência do processo de otimização. Esta dissertação visa estudar um esquema de interpolação entre as formulações lineares e não lineares de elementos finitos para aliviar tais distorções. Em cada etapa da otimização, para determinar a configuração de equilíbrio, o sistema de equações não-lineares é resolvido pelo procedimento de Newton-Raphson. Utilizando-se das informações dos gradientes calculadas através do método adjunto, o Método das Assíntotas Móveis é empregado para atualizar as variáveis de projeto. Por meio de problemas de referência considerando grandes deslocamentos, são demonstradas a eficácia e a eficiência deste esquema de interpolação. Mais especificamente, as topologias otimizadas estão de acordo com aquelas obtidas na literatura e exibem a dependência esperada em relação ao nível de carga. O esquema de interpolação em estudo desempenha papel crucial na solução de problemas não lineares em níveis elevados de carga, permitindo que a rotina de otimização convirja e se obtenha a distribuição de material ótima. / [en] In many engineering problems, e.g., design of flexible biomedical prostheses or energy absorption devices, structures undergo large displacements. In those problems, the structural response must take into account the geometric nonlinearity. However, topology optimization algorithms regarding nonlinearities, and based on the finite element method, typically suffer from numerical instabilities caused by excessive distortions of low-density regions within the design domain. In particular, the stiffness matrix may be no longer positive definite, which can jeopardize the convergence of the optimization process. This thesis aims to study an interpolation scheme between linear and nonlinear finite element formultation to alleviate this convergence issue. At each step of the optimization, the nonlinear state equation is solved by the Newton-Raphson procedure to determine the equilibrium configuration. Making use of the gradient information computed from the adjoint method, the Method of Moving Asymptotes is employed to update the design variables. Through several benchmark problems considering large displacements, it is demonstrated the effectiveness and efficiency of this interpolation scheme. More specifically, the optimized designs are in agreement with those obtained in the literature and exhibit correct load-level dependence. The investigated interpolation scheme plays a crucial role in the solution of nonlinear problems with high load levels, allowing the optimization routine to converge and to obtain the optimal material arrangement.