[pt] São obtidas expressões analíticas para a análise de tensões atuantes em cascas esféricas submetidas aos carregamentos de pressão interna, peso próprio e pressão hidrostática. Apenas a teoria de membrana é utilizada. O vaso esférico pode ser apoiado por um suporte elástico ou por colunas. O problema de uma calota apoiada num sólido elástico semi-infinito também é estudado. Para estas considerações, são utilizadas teorias de flexão para carregamentos axissimétricos aplicados na borda e para carregamentos arbitrários, como também são estudados deslocamentos, em sólidos semi-infinitos, devido a carregamentos axissimétricos ao longo de um anel. / [en] Analytical solutions are obtained for stresses analysis of spherical shells subjected to internal pressure,dead weight and hidrostatic pressure. Only the membrane theory is used. The spherical vessel is considered supported by continuos elastic support or by columns. The problem of hemispherical shells supported by na elastic semi infinite solid is studied. For this considerations, bending theories for axysimetric edge load and for arbitrary load used. Displacements of semi infinite solids are also studied.

[pt] As técnicas eletromagnéticas de inspeção têm se destacado como as únicas com potencial de determinar, de forma não invasiva, a tensão mecânica nos arames de sustentação dos risers flexíveis. Como o duto flexível é uma estrutura complexa, constituída por várias camadas de aço e de termopl ástico, as técnicas tradicionais de inspeção não são aplicáveis. Alguns métodos magnéticos são capazes de penetrar a camada polimérica externa do riser, porém ainda apresentam limitações e dificuldade na interpretação dos resultados. Não existe hoje, seja no mercado mundial de serviços ou nos diversos grupos de pesquisas que têm se dedicado a este tema, uma solução confiável e definitiva para este problema. O presente trabalho estuda como as diferentes técnicas baseadas em eletromagnetismo podem ser aplicadas na inspeção ou monitoramento da integridade de risers flexíveis. Experimentos e simulações são utilizados para discutir as vantagens e os problemas de cada técnica. Além dos métodos puramente magnéticos estudados, é proposta a aplicação inédita da técnica de ressonância magnetoacústica, também chamada EMAR (Electro Magnetic Acoustic Resonance). Esta técnica gera ondas ultrassônicas no arame através de transdutores eletromagnéticos (EMAT) e é capaz de estimar a tensão mecânica usando as frequências das ressonâncias acústicas. Um novo modelo teórico é proposto para descrever a curva do espectro de ressonâncias acústicas produzidas com EMAR. Anteriormente, estes espectros eram modelados por uma função Lorentziana. Experimentos demonstram que o modelo proposto é significativamente superior, sendo capaz de explicar diversas características dos espectros obtidos. Resultados experimentais mostram a viabilidade do EMAR para estimar a tensão mecânica dos arames, mesmo através da capa, em determinadas circunst âncias. São discutidas as limitações da técnica, casos de uso possíveis e ainda os desenvolvimentos necessários para sua efetiva utilização em campo. / [en] The only inspection techniques that have shown potential to determine, in a non-intrusive fashion, the mechanical stress on armour wires of flexible risers are the electromagnetic-based ones. Because the flexible pipeline is a complex multilayered structure of steel and thermoplastics, traditional inspection techniques cannot be used. Some electromagnetic methods are known to be able to run through the outer polymeric layer to sense the wires but the obtained data are very difficult to interpret. To date there is still no reliable and definitive solution to this problem, neither in the market nor in research groups. This present work analyses how the different electromagnetic techniques can be employed on inspection or monitoring of riser integrity. Experiments and simulations are used to discuss the advantages and limitations of each technique. Besides the purely electromagnetic methods, a novel solution is proposed based on electromagnetic acoustic resonance (EMAR). This technique produces ultrasonic waves on the wire using electromagnetic transducers (EMAT) and is able to estimate the mechanical stress by measuring the frequency of the acoustic resonances. A new line shape calculation is proposed to the acoustic resonances of EMAR. Previously, the spectral data was fitted by a Lorentzian function. The new function is shown to be significantly superior, explaining features of the spectrum not previously described and achieving much better agreement with experimental data. Experiments with flexible pipelines show the viability of using EMAR to estimate the mechanical stress of the wires, even through the outer sheath in some circunstances. The limitations of this technique are discussed, along with possible forms of usage and the pending developments for its effective deployment on the field.

[pt] Este trabalho apresenta a modelagem teórica e correspondentes soluções numéricas, associadas ao problema de tensões e deformações num cilindro longo de material viscoelástico, submetido a resfriamento em meio homogêneo. Apresentam-se as hipóteses adotadas na caracterização térmica e mecânica do material, bem como procedimentos e resultados experimentais obtidos na aplicação destas suposições e técnicas para a resina poliéster. / [en] The problem of computing stress and strain histories under viscoelastic behaviour in a long cylinder subjected to rapid cooling is considered. The theoretical formulation is presented together with the assumptions made in both thermal and mechanical material characterization. Experimental techniques and results obtained to polyester resin are also presented.

[pt] No presente trabalho de tese, é analisado a distribuição de tensões na parte extrema de um cilindro de parede grossa, submetido a uma pressão exercida por outro cilindro. É feito o estudo da distribuição das tensões para diferentes posições do cilindro interno, utilizando uma mesma relação de diâmetros para o cilindro oco. Resina epoxi é usada como material fotoelástico para a construção dos modelos. O método de congelamento das tensões foi empregado. O modelo foi cortado em fatias e analisados no polariscópio. As tensões foram determinadas por integração numérica das equações diferenciais de equilíbrio, em coordenadas cilíndricas. Os resultados são apresentados em gráficos e analisados. / [en] The presented work deals with the problem of the state of the stress near the end of the two thick wall cylinders pressed together. The problem was for solved for various configurations of the cylinder by the three-dimensional photo elasticity using stress freezing method. The models were manufactured from the epoxy resin prepared by the special procedure and after stress freezing procedure sliced into the radial and meridial slices. The stresses were determined by numerical integration of the equations of the equilibrium of a elastically deformed body, using cylindrical coordinates.

[pt] Quando se analisa a distribuição de tensões e de formações em tubos cilíndricos circulares submetidos à pressão interna ou externa, resultados são facilmente encontrados; se o tubo for considerado de comprimento infinito e a pressão uniformemente distribuída ao longo de todo o seu comprimento. Neste caso, o estado de tensões pode ser considerado plano. Entretanto se o tubo for infinito e a pressão estiver aplicada em parte de seu comprimento, o estado de tensões deverá ser estudado com tridimensional. Advém daí uma maior complexibilidade do problema, acarretando soluções matemáticas bastante elaboradas. Uma solução para cilindros circulares de comprimento foi desenvolvida neste trabalho. Nos casos analisados, o carregamento constitui em um anel de pressão uniforme, interna ou externa, aplicado simetricamente em relação à secção transversal média do tubo. Procura-se assinalar a importância que assume a tensão axial para certas dimensões do tubo e posição do carregamento. Indicou-se também a discrepância existente entre os valores calculados, considerando o problema como plano e como tridimensional. Os resultados gráficos mostram as distribuições de tensão na secção transversal média referentes a cilindros curtos de parede espessa com razões entre dinâmico interno e comprimento de .. 0,25, 0,50, e 0,75 e com razões entre comprimento do anel de pressão e do tubo de 0,5 e 1,0, embora outras relações tenham sido estudadas. Devido à solução encontrada, as condições de fronteira incluem flanges nas extremidades do tubo, exercendo tensões cisalhantes sobre as secções transversais externas e tendo características de flexibilidade às deformações axiais e rigidez às deformações radias. Muitos problemas de computação surgiram na obtenção dos resultados numéricos, tais como as limitações nas sub-rotinas usadas no cálculo das funções de Beesel. A resolução do problema para o caso de tubos com extremidades livres pode ser alcançada através da utilização de métodos matemáticos mais sofisticados. / [en] Stress and strain distributions on circular hollow cylindres, can easily be found for infinite length and uniform surface pressure. In such case, for a finite length, the stress-state must be considered triaxial. Thus, involving more elaborate mathematical solutions. A solution to the finite circular hollow cylinder problem is developed in this thesis. In all the cases that were analyzed external load consisted of a uniform pressure ring applied to the external or internal cylinder surfaces. This load was applied symmetrically with respect to the midle transverse section of the tube. The importance assumed by the axial component of stress under certain conditions of stress under certain conditions of tube geometry and external load positions is analyzed. Bisagreement between determined values of stress, whe considered as biaxial or triaxial independently, is also shown. Graphs of stress distribution on the middle transverse section of short thick walled cylinders are presented for internal diamenter and tube length ratios of 0.25, 0,50, and 0,75 and pressure ring and tube length rations of 0,5 and 1,0, although other of end flanges having caracteristics of infinite flexibility for axial deformations and infinite stiffness for radial deformations. Many computational problems arose when obtaining numerical results, such as limitations in the subroutines udes for evaluation of Bessel functions. Also, for the case of free end tubes more sophisticated mathematical methods must be applied. These troubles can be overcome throungh more advanced studies of the problem.

[pt] Este trabalho se propõe a analisar o estado de tensões do fêmur humano, usando o método da fotoelasticidade tridimensional. O modelo de fêmur feminino foi construído, de um material oticamente sensível, desprezando as propriedades não homogêneas e anisotrópicas do osso real. O modelo do fêmur foi carregado por uma força vertical e o estado de tensões, foi analisado na região do colo onde ocorre com frequência a fratura do osso real. É discutido em detalhes o procedimento de confecção do modelo. O estado de tensão é determinado em um modelo sem considerar a medula óssea, e comparado com modelos onde esta é simulada usando fluidos viscosos. Este trabalho pode ser considerado como um primeiro, com o objetivo de analisar a distribuição de tensões em ossos humano, usando o método da fotoeslasticidade tridimensional. / [en] This work presents the attempt to analyse the state of stress of human femur using the method of three-dimensional photoelasticity. The model of woman’s femur was made from the optically sensitive material reglecting the non-homogenity and anisotropy of real bone. The model of femur was loaded by verticalforce and the state of the stresses was analysed within area of the neck, where the fracture of real bone frequently occurs. The special procedure of the manufacturing of the model is discussed in detail. The state of the stress of bollow bone and model filled by viscous fluid is compared. This work should be considered as a first step in the attempt to analyse the stress distribution of the stress in the human’s bones using the methods of three-dimensional photoelasticity.

[pt] O fato de que as bolhas ao atravessarem uma interface liquido-liquido podem aprender em seu entorno uma película, da fase inferior e conduzi-la através da fase superior, tem dado ensejo a vários trabalhos de pesquisa nesta Universidade. Neste, em particular se fez um estudo experimental da influência da tensão interfacial na quantidade de líquido transportado e na velocidade das bolhas transportadoras, quando a fase líquida superior tem viscosidade cinemática elevada. Usou-se para fase superior um líquido com viscosidade 60cS, composto de 15 por cento de Varsol e 85 por cento de Nujol. As tensões interfaciais 12,5 e 21,5 din/cm foram obtidas adicionando pequenas quantidades do agente tenso-ativo Teepol na água filtrada usada como fase inferior e que proporcionou a tensão interfacial 26,2 din/cm. Verificou-se que a tensão interfacial oi é de pouca relevância na quantidade de líquido transportado, e na velocidade terminal das bolhas transportadas, tendo entretanto grande influencia na faixa de diâmetros destas bolhas. A faixa das bolhas transportadas diminui com o aumento da tensão interfacial, e ambos os limites tendem a um valor intermediário, existindo uma tensão oi limite, a partir da qual o fenômeno de transporte de película deixa de ocorrer. / [en] The fact thjat bubbles passing through a liquid-liquid interface may acquire na enveloping layer, from the lower phase and carry it trough the upper phase hás provided na opportunity for many research Works at this UNiversity. In this particular work an experimental study of the influence of the interfacial tension on the quantity of liquid transported and on the speed of the rising bubbles was conducted for upper liquid phases with high kinematic viscosity. A liquid with a viscosity of 60cs, composed of 15 per cent Varsol and 85 per cent Nujol was uses as upper phase. Interfacial tensions of 12,5 and 21,5 din /cm were obtained by adding small quantities of the tense-active agente teepol in the filtered water which was used as the lower phase and which had an interfacial tension of 26,2 din/cm in the pure state. The interfacial tension was observed to exert a small influence on both the quantity of transported liquid and on the terminal velocity of transported liquid and on the terminal velocity of the rising bubbles. Llowever a great influence was found on the diameter range of these bubbles. The range of the transporting bubbles was found to decrease with increasing interfacial tension and both the upper and lower limits tend toward an intermediary value above which the transport phenomenon no longer exists.

[pt] O presente trabalho trata da influência do cobrimento da armadura longitudinal sobre a resistência de aderência em regiões de emenda por traspasse de elementos de concreto armado comprimidos. Neste estudo foram ensaiados dezoito pilares de concreto armado com seção transversal de 200 mm x 150 mm e comprimento de 1100 mm, com armadura longitudinal composta de barras de aço CA-50 com diâmetro nominal de 12,5 mm e estribos de 5 mm. O arranjo da armadura longitudinal definiu três séries de pilares, sendo a Série 1 composta por seis pilares com a armadura longitudinal contínua, e as Séries 2 e 3 cada uma composta por seis pilares com a armadura longitudinal, tendo uma emenda por traspasse localizada na região da metade da altura do pilar de 470 cm e 235 mm de comprimento, respectivamente. Os ensaios consistiram na aplicação de uma força de compressão com uma excentricidade de 20 mm, sendo tal excentricidade aplicada apenas na direção da menor dimensão da seção transversal. Para os seis pilares de cada série o cobrimento da armadura longitudinal variou de 25 mm até que a metade do diâmetro da barra longitudinal ficasse exposta. Os resultados obtidos indicam que a influência do cobrimento sobre a capacidade do pilar resistir às solicitações torna-se visível quando a relação da espessura do cobrimento c e do diâmetro da barra fi é inferior a 0,4. Para pilares com barras emendadas por traspasse e com armadura exposta até a metade de seu diâmetro, a aderência na zona da emenda foi substancialmente afetada, provocando a ruptura do pilar sob forças inferiores às alcançadas em pilares com cobrimento adequado. / [en] The present work describes the influence of the concrete cover of the longitudinal reinforcement on the bond strength along the overlapping splice zones of compressed elements. Tests have been carried out on eighteen reinforced concrete columns, with cross section of 200 mm x 150 mm and 1100 mm of length. The longitudinal reinforcement consisted of CA-50 steel bars with nominal diameter of 12,5 mm and stirrups of 5 mm. Three series of columns (Serie 1, Serie 2 and Serie 3) were defined according to the arrangements of the longitudinal reinforcement: Series 1 composed by six columns with continuous longitudinal reinforcement; Series 2 and 3 composed by six columns each, presenting an overlapping splice of 470 mm and 235 mm of lenght, respectively. The columns were submited to a load apllied with an eccentricity of 20 mm in the direction of the smallest dimension of the cross section. In each series, the concrete cover varied from 25 mm to a value corresponding to the situation in which half of the diameter of the longitudinal bar was exposed. The results showed that the influence of the concrete cover on the column strength becomes relevant when the ratio c/ Ø of the cover thickness c to the bar diameter Ø is less than 0,4. For columns with overlapping splice and reinforcement exposed up to the half of diameter, the bond along the overlapping zone has been substancially affected, resulting in the column failure at lower loads when compared to columns with proper value of concrete cover.

[pt] Este trabalho apresenta os resultados da aplicação de análises probabilísticas na avaliação da estabilidade de taludes, com base no caso da ruptura de um quebra-mar construído sobre argila mole no Terminal Portuário de Sergipe, em outubro de 1989. Realizou-se uma análise estatística das características geotécnicas dos materiais presentes na obra, enfatizando a variabilidade inerente dos dados. Nas análises probabilísticas, foram adotados três métodos: FOSM, Estimativas Pontuais e Simulação de Monte Carlo. São apresentados os conceitos básicos de confiabilidade e probabilidade de ruptura e as hipóteses e etapas de cálculo consideradas em cada método. Discutem-se brevemente os diferentes métodos de equilíbrio limite utilizados para superfícies poligonais de ruptura. Três cenários foram estudados, em relação aos procedimentos adotados: análises em tensões totais, com a resistência da argila mole obtida por ensaios de campo e laboratório; análises em tensões efetivas, com o ângulo de atrito da argila oriundo de ensaios triaxiais, e análises em tensões efetivas, com o ângulo de atrito da argila obtido de retroanálise da ruptura ocorrida na obra. Observou-se que para os três cenários os valores de probabilidades de ruptura foram, respectivamentem, da ordem de: 1/70, 1/2100 e 1/30. Além disso, ao considerar as metodologias de cálculo probabilístico por FOSM e Estimativas Pontuais, os resultados foram mais conservadores em relação a Simulação de Monte Carlo. / [en] This work aims at applying available methods of probabilistic analysis for assessing the stability of a breakwater built on soft clay at the Sergipe Terminal, gathering information on the existent materials in the field and a statistical analysis of the geotechnical parameters, emphasizing the inherent variability as part of the research. Three probabilistic techniques of analysis have been used: FOSM, Point Estimates and Monte Carlo Simulation. The hypotheses, calculation steps and basic concepts of reliability index and probability of failure are presented, with brief discussions on the different limit equilibrium procedures used for polygonal surfaces. Three scenarios were studied, regarding the soft clay parameters: total stress analysis, considering undrained loading, effective stress analysis with effective friction angle from triaxial tests, and effective stress analysis with effective friction angle from back analysis of a previous failure. For the three scenarios, the probability of failure values were, respectively around: 1/70, 1/2100 and 1/30. Besides this, when using the FOSM and Point Estimates probabilistic techniques, the results proved to be more conservative, in comparison to Monte Carlo Simulation.

[pt] Neste trabalho estuda-se experimentalmente o comportamento dos fluidos tixotrópicos. Conseguiu-se imagens de fluidos tixotrópicos escoando através de uma expansão seguida de uma contração, ambas abruptas e axissimétricas. A existência de uma superfície de cedêndia produto da fronteira entre o fluido que escoa e o que não escoa, que estende-se da entrada da expansão até a saída da contração, é o principal fenômeno a ser estudado. O número de Re, o tempo para vazão mássica constante e as dimensões da geometria são as variáveis do experimento. Para o desenvolvimento do experimento utilizou-se uma dispersão de laponita RD, que é um fluido transparente com boas características tixotrópicas. Este fluido foi caracterizado reologicamente através da obtenção da flow curve e de testes oscilatórios Strain sweep e frequency sweep. A caracterização reológica apresentou alguns problemas com respeito ao envelhecimento, tipo de geometria e reômetro utilizado, além da falta de repetitividade para baixas taxas de deformação devido ao não pré-cisalhamento da amostra. Todos os problemas foram analisados para dar solução. Os resultados mostraram que a laponita RD é um fluido tixotrópico com característica elástica na região viscoelástica linear. O escoamento do fluido através de uma expansão seguida de uma contração axissimétrica apresentou três tipos de forma que dependem da relação L-D, D-d e o número de Reynolds: escoamento de regime tubular, escoamento de regime tubular expandido e escoamento de regime descontinuo. / [en] The behavior of thixotropics fluids through axisymmetrics expansionscontractions is studied in this research. The main objective is to visualize the shear banding in the flow of a thixotropic fluid, which is the interface between a flowing fluid and a non-flowing fluid. This research uses an experimental procedure to visualize the shear banding within the fluid. The variables used in the experimental procedure were: steady flow rate time, flow rate and geometric characteristics. A dispersion of laponite RD was utilized as the experimental fluid due to its thixotropic and transparent properties. The flow curve , strain sweep and frequency sweep of the fluid were used to obtain the rheology characterization. The rheology characterization showed lack of repeatability due to several factors, such as: aging, type of rheometers, geometry used in the rheometers and lack pre shearing of the sample. All of these issues have been analyzed to give solutions. Finally, the results showed that laponita RD is a thixotropic fluid and elastic in the viscoelastic region. Also that the flow of the fluid through the axisymmetrics expansion-contraction device has three types of behaviors: constant flow area, variable flow area with an expansion in the middle zone and variable flow area with layers of different velocities.