Este trabalho apresenta o estudo dos efeitos dinâmicos de duas pontes ferroviárias para trens de carga pesada e trens de alta velocidade considerando a interação veículo-estrutura. O estudo centrou-se principalmente no desenvolvimento de uma metodologia iterativa para a simulação do fenômeno de interação. Em seguida, a metodologia desenvolvida foi utilizada para analisar a ponte Suaçuí (Brasil) e a ponte Antuã (Portugal), e para realizar um estudo paramétrico para avaliar o comportamento não linear da interface via-estrutura de algumas tipologias de pontes ferroviárias. A fim de entender os princípios básicos que governam a resposta dinâmica do sistema veículo-estrutura, foi realizada uma revisão das formulações analíticas e os conceitos básicos de interação veículo-estrutura. A partir das formulações analíticas desenvolveu-se uma metodologia para a resolução de problemas dinâmicos de interação, aproveitando as ferramentas de modelagem do programa ABAQUS por meio do programa MATLAB. A validação do aplicativo foi realizada comparando as respostas de exemplos simples analisados com programas de referência. A principal vantagem desta metodologia é a flexibilidade na seleção dos métodos de resolução do problema dinâmico, permitindo inclusive a incorporação de não linearidades tanto no modelo do veículo quanto da ponte. Utilizando a capacidade de simulação do aplicativo para problemas não lineares foi realizado um estudo paramétrico para verificar os parâmetros que mais influenciam no comportamento não linear da interface via-estrutura e uma aplicação prática para avaliar o desempenho de algumas tipologias de pontes ferroviárias. Para a análise dinâmica da ponte Suaçuí e Antuã desenvolveram-se modelos numéricos tridimensionais de elementos finitos no programa ABAQUS. As propriedades dos materiais das pontes, assim como as propriedades dinâmicas dos veículos foram determinadas a partir de técnicas de calibração numéricas, experimentais e da literatura. A calibração dos modelos numéricos foi realizada utilizando metodologias iterativas baseadas em técnicas de otimização, tais como os algoritmos genéticos. Na falta de dados experimentais das irregularidades, estas foram geradas a partir de funções de densidade espectral de potência. A validação dos modelos numéricos da ponte envolveu a comparação dos resultados numéricos, obtidos da análise de interação, e os resultados experimentais, encontrados nos ensaios dinâmicos sob ação de tráfego. Os resultados da comparação mostraram que os modelos numéricos conseguem reproduzir com boa aproximação as respostas medidas experimentalmente. Finalmente, são realizadas simulações das pontes sob ação de tráfego para diferentes velocidades de circulação dos veículos, a fim de verificar a segurança estrutural da ponte e da via, além do conforto dos passageiros. / This research presents the study of the dynamic effects of two railway bridges for heavy axle load trains and high speed trains considering the vehicle-structure interaction. The study was mainly focused on the development of an iterative method for simulating the interaction phenomenon. The developed methodology was used to investigate the Suaçuí railway bridge (Brazil) and the Antuã railway bridge (Portugal), and to carry out a parametric study to evaluate the non-linear behavior of the trackstructure interface of some typologies of railway bridges. In order to understand the basic principles that govern the dynamic response of the vehicle-structure system, a review of the analytical formulations and the basics of the vehicle-structure interaction were performed. Based on the analytical formulations a methodology for solving dynamic interaction problems was developed, taking advantage of modeling tools of the ABAQUS software managed from MATLAB. The validation of the methodology was carried out by comparing responses of simple examples analyzed with reference programs. The main advantage of this methodology is the flexibility in the selection of the methods for solving the dynamic problem, even allowing the incorporation of nonlinearities in the vehicle and bridge model. Using the capability of the developed program for modeling nonlinear problems it was carried out a parametric study to determine the parameters that influence in the non-linear behavior of the track-structure interface and a practical application to evaluate the performance of some typologies of railway bridges. For dynamic analysis of the Suaçuí and Antuã railway bridge threedimensional numerical finite element models in ABAQUS program were developed. Material properties of the bridges, as well as the dynamic properties of the vehicles were determined through numerical and experimental calibration techniques and from the literature. The calibration of numerical models was performed using iterative methodologies based on optimization techniques, such as genetic algorithms. In absence of experimental data irregularities of the Suaçuí bridge, these were generated using spectral density functions. The validation of numerical models of the bridges involved the comparison of numerical results obtained from the interaction analysis with experimental results obtained from dynamic tests under traffic loads. The results of comparison showed that the numerical models were capable to reproduce with good accuracy the responses experimentally measured. Finally simulations of the bridges under traffic loads were performed for different vehicle speeds in order to evaluate the structural and track safety and passenger comfort.

O trabalho trata da formulação e implementação numérica de modelos matemáticos do comportamento de estruturas considerando-se as não-linearidades física e geométrica. O equilíbrio na posição deslocada é formulado via Princípio dos Trabalhos Virtuais, empregando-se o método dos elementos finitos para a discretização espacial das estruturas e busca de soluções aproximadas. Inicialmente destaca-se com base no caso de treliças planas o emprego de medidas de deformação e tensão conjugadas energeticamente. Particularizando-se a formulação geral do equilíbrio para os pórticos planos apresenta-se uma análise crítica das formulações lagrangiana total e atualizada. Em seguida, tendo-se em vista aplicações às estruturas em concreto armado, aborda-se o comportamento não-linear físico pela mecânica do dano em meios contínuos, empregando-se os modelos de dano para o concreto propostos por Mazars e La Borderie. Estendem-se os estudos do comportamento estrutural não-linear físico (dano) e geométrico incorporando-se a análise dinâmica. Utiliza-se para integração no domínio do tempo o método implícito de Newmark combinado com o procedimento incremental e iterativo de Newton-Raphson. O amortecimento é levado em conta por meio da regra de Rayleigh. Exemplos consistindo de análises não lineares estática e dinâmica de estruturas reticulares planas compõem numéricas. Os resultados obtidos ilustram o desempenho e as potencialidades das formulações empregadas. / The formulation and numerical implementation of mathematical models of the structural behavior of plane frames considering material and geometrical nonlinearities are treated in this work. The Principle of Virtual Work is presented in order to characterize the equilibrium in the displaced position. The structure is discretized by the finite element method. Plane trusses analysis is performed in order to show how important it is to take into account the strain and stress tensors energetically conjugated. Being particularized, the general equilibrium formulation for the plane frames a critical analysis of the total and updated lagrangian formulations is presented. The material nonlinear behavior is modeled by continuum damage mechanics by using both Mazars and La Boderie\'s damage models. The nonlinear analysis is extended including the dynamic response of the reinforced concrete plane frames. The usual iterative Newton-Raphson technique is used combined with implicit Newmark method in order to carry out the integration at time. The damping is introduced by means of the Rayleigh\'s rule. Numerical analysis by a suitable computer program show the theoretical results considering static and dynamic response of plane frames.

Essa tese tem o objetivo modelar um subconjunto de peças de um compressor hermético de refrigeração idealizado utilizando um programa de elementos finitos para estudar a pressão de contato na junta da placa de válvulas com e sem pressão de gás refrigerante. Nessa pesquisa também se faz a modelagem dinâmica da bomba de um compressor acadêmico com vistas a estudar a vibração gerada durante seu funcionamento. No estudo da junta de vedação se faz um modelo geométrico do conjunto cabeçote e juntas com um programa CAD. A partir da geometria do subconjunto um modelo físico é construído no ANSYS®, que leva em consideração as diferentes propriedades dos materiais do conjunto cabeçote e juntas, inclusive a não linearidade do material da junta. São feitas simulações aplicando diferentes valores de força normal nos parafusos do cabeçote. No estudo de vibração do compressor faz-se o modelo de CAD da bomba de onde se obtém seu peso e propriedades de inércia. A matriz de rigidez do sistema de suspensão da bomba é calculada e se faz a análise modal da bomba. Os resultados das análises de pressão de contato foram mostrados através de gráficos da normal closure e da normal pressure da junta. Eles indicam de forma clara as regiões de baixa pressão de contato aplicada pelas peças que estão ou deveriam estar comprimindo a junta de vedação, que seriam regiões de falhas. Na análise dinâmica da bomba do compressor, é calculada a matriz de rigidez total do sistema com as molas de suspensão, levando em consideração a rigidez compressiva, de flexão e cisalhante das molas. Com a solução do modelo dinâmico criado, calcula-se a matriz dinâmica, a matriz modal normalizada, a matriz de frequências características, o deslocamento <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; da bomba e também as energias cinética e potencial da bomba devido às forças de agitação. O modelo de elementos finitos da junta da placa de válvulas tem resultados coerentes e o modelo dinâmico da bomba fornece vários resultados para a análise de vibração de compressores. / This thesis has as objective to model a subset of parts of an idealized hermetic compressor for refrigeration using a program of finite elements intended to study the contact pressure on the valve plate gasket with and without pressure from the refrigerant gas. In this research a dynamic modelling of an academic compressor pump is also made with the aim of studying the vibration generated during its functioning. In the study of the sealing gasket, a geometric model of the cylinder head and gasket assembly is made by using a CAD program. From the geometric of the subset a physical model is built on the ANSYS®, which takes into account the different properties of the cylinder head and gasket assembly materials, including the non-linearity of the gasket material. Simulations are made by applying different normal force values on the cylinder head screws. In the compressor vibration study, a CAD pump model is made, thus obtaining its weight and inertia properties. The stiffness matrix of the pump suspension system is calculated and a modal analysis of the pump is made. The results from the contact pressure analyses were shown through \"normal closure\" and \"normal pressure\" charts of the gasket. They show in clear form the low contact pressure regions applied by the parts that are or should be compressing the sealing gasket, which would the regions of failures. In the dynamic analysis of the compressor pump, the total stiffness matrix of the system is calculated with the suspension springs, taking into account the compressive, flexural and shearing rigidities of the springs. With the solution of the dynamic model created, the following are calculated: the dynamic matrix, the normalized modal matrix, the characteristics frequency matrix, the <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; displacement from the pump, as well as the kinetic and potential energy of the pump due to shaking forces. The finite elements model of the valve plate gasket has coherent results and the dynamic model of the pump provides various results for the analysis of the compressor vibration.

Dentre as possíveis causas na falha da transmissão de energia elétrica, o colapso de torres de linhas de transmissão (LTs) é uma problemática amplamente investigada nas últimas décadas, devido principalmente aos inúmeros acidentes registrados nas LTs em todo o mundo. Neste trabalho, o enfoque é dado à análise dinâmica associada à solicitação proveniente da ruptura de cabos, que quando atuante é capaz de desencadear um fenômeno conhecido como efeito cascata. Para a melhor compreensão da resposta das torres metálicas autoportantes e estaiadas submetidas a esse carregamento dinâmico e buscando contribuir para a determinação de critérios de projeto que visem o estabelecimento adequado de rigidez longitudinal às torres de LTs, foram desenvolvidos modelos numéricos no software ANSYS Mechanical/LS-DYNA, considerando a discretização do modelo estrutural no espaço a partir da utilização do Método de Elementos Finitos e a solução do problema dinâmico ao longo do tempo considerando o método de integração direta implícito das equações de movimento, através do método de Newmark. Inicialmente foram desenvolvidas análises estáticas, conforme considerado nos projetos atualmente. Em seguida, foram desenvolvidos dois tipos de análises dinâmicas: uma simplificada com a aplicação da solicitação através de uma função de carregamento ao longo do tempo, e outra simulada através do desligamento de um elemento finito do condutor. Posteriormente, foram realizadas interpretações e comparações desses resultados. O amortecimento estrutural foi considerado segundo a formulação proposta por Rayleigh e a formação da catenária dos cabos segundo as equações teóricas dadas por Irvine e Caughey. Visando não restringir as respostas a apenas um tipo de trecho simulado, foram desenvolvidos nove modelos numéricos com a variação do tipo de torre analisada, a quantidade de torres por trecho, o nível de amortecimento e o tipo de análise. As respostas dinâmicas são apresentadas em termos da solicitação normal nas barras das estruturas, dos cabos condutores e estais, e dos deslocamentos no topo das torres. / Amidst the main causes of electric energy transmission failure, the collapse of transmission towers is a current research topic in the last decades, due mainly to a huge number of accidents occurring in transmission lines worldwide. In this work, a dynamic analysis was performed associated to the loading due to a broken conductor, which gives rise to a phenomenon known as cascade effect. To better understanding the response of lattice selfsupported and guyed towers under this dynamic load, and in an attempt of determination of criteria for establishment of the longitudinal robustness of transmission line towers, numerical models were developed in the software ANSYS Mechanical/LS-DYNA, considering the discretization of the structural model in space using the finite element method; and the solution of the dynamic problem in the time using the direct integration of the equation of motion, through the Newmark’s method. First, static analyses were performed, accordingly to the considerations of design projects carried out nowadays. Afterwards, two kinds of dynamic analyses were executed: a simplified one, with the applications of the loading using a function in the time and another, which was simulated as a deactivation of a conductor’s finite element. After that, these were submitted to interpretation and comparison among their results. The structural damping was considered in accordance with Rayleigh’s formulation and the catenary of the cables following the equations found by Irvine and Caughey (1974). In order to not restrict the response to one kind of simulation, nine numerical models were developed with the variation of: the kind of tower; the number of towers by line section; the damping level and the type of analysis implemented. The dynamic responses are show in terms of: forces in towers bars; conductors and stays; and the displacements in tower tops.

Em próteses sobre implantes, o recobrimento oclusal com materiais pouco rígidos como os acrílicos, é por vezes utilizado por supostamente reduzir a carga transmitida ao osso, entretanto não existe um consenso na literatura sobre a sua efetividade. O objetivo deste trabalho foi comparar, por análise fotoelástica e dinâmica, a transmissão de forças após a ação de cargas sobre próteses unitárias sobre implantes em função dos materiais protéticos. Confeccionou-se um modelo em resina fotoelástica com anatomia semelhante à região de pré-molares inferiores, contendo um implante de hexágono interno de 3,75 x 11,5 mm. Foram elaboradas três tipos de próteses em materiais com rigidez decrescente: 1- Metálica (alta rigidez); 2- Resina composta (rigidez moderada), 3- Com um disco de EVA interposto com h=2,5 mm (baixa rigidez). Por meio de um polariscópio circular, observou-se qualitativamente a tensão gerada no modelo durante a aplicação de forças axiais de 100 N, em regime compressivo, sobre cada tipo de prótese. Para a análise dinâmica, realizou-se um modelamento físico de cada um dos três sistemas implante-prótese com modelos de Voigt. A partir daí, uma representação matemática dos sistemas foi deduzida e resolvida, levando em consideração as propriedades mecânicas dos diferentes materiais testados, como o módulo de elasticidade (E), o coeficiente elástico (k) e a constante de amortecimento (c). Para representar uma carga mastigatória fisiológica, foi aplicado um pulso de força senoidal com duração de 0,25 s e intensidade máxima de 100 N, segundo a expressão ()) 8 cos( . 50 50 t t f &#960; &#8722;=. Observou-se na análise fotoelástica que após a aplicação de 100N, surgiram tensões na região apical e na cervical dos implantes, com intensidade e localização similares entre os três tipos de prótese. A análise dinâmica mostrou que a força de 100N aplicada na prótese é totalmente transmitida ao implante instantaneamente. Os resultados das análises concordam entre si e mostram que não é possível amortecer as forças mastigatórias por meio dos materiais oclusais. / Less rigid oclusal materials such as acrylic resins are often used in prosthesis over implants because they are supposed to diminish the loads transferred to the bone; however there is no scientific evidence to support this theory. The objective of this work was to compare by photoelastic and dynamic analysis the load transfer after oclusal loads over single prosthesis over implants, varying the oclusal materials. A photoelastic model was created, with an anatomy similar to an inferior premolar region. An internal hexagon implant (3,75 x 11,5 mm) was put in this model. Three different types of prosthesis were constructed with decrescent stiffness: 1- Metallic (higher stiffness); 2- Composite resin (moderate stiffness); 3- With an EVA disc interposed (fewer stiffness). By means of a circular polariscope, the stress generated in the model with a compressive axial load of 100 N, was observed for each prosthesis. For the dynamic analysis, a physical modeling of each implant-prosthesis was carried out with Voigt models. After that, a mathematical representation of the systems was deduced and solved, taking into account the mechanic properties of the different materials, like the elastic modulus (E), the elastic coefficient (k) and the damping constant (c). To represent a physiologic masticatory load, a senoidal force was applied, during 0,25 s and maximum load of 100 N, by the expression ()) 8 cos( . 50 50 t t f &#960; &#8722;=. With the photoelastic analysis, it was observed that stresses were generated at the apical and cervical regions of implants, with similar intensity and patterns between the three types of prosthesis. The dynamic analysis, showed that the loads applied over the prosthesis are transferred to the implant instantaneously. The results of both anaylis are in agreement that it is not possible to damp masticatory loads by means of occlusal materials.

The mechanical model usually adopted in the design of transmission lines (TL) latticed steel towers is very simple, using spatial truss and frame elements, and solved by a linear static or non-linear geometric analysis. In the event of rupture of a conductor cable or a shield wire the loading is considered through static equivalent loads , and foundations are usually modeled how undeformable supports. This work evaluated the response of two TL latticed steel towers subjected to the cable rupture, considering the influence of foundation flexibility in the model and type of analysis, i. e., with a dynamic analysis in time domain and a static analysis with the static equivalent loads , usually adopted in design practice. In dynamic analysis, direct explicit numerical integration of the equations of motion in the time domain was adopted, using the central finite differences scheme, and the model included all components of a TL: the towers, the conductor cables, the shield wires, the insulator strings and the foundation elements, in order to evaluate the influence of boundary conditions on the results. Finally, the results of dynamic analysis of towers, in terms of displacements at the top, support reactions and maximum loads in some selected bars are compared with the results of static analysis. / O modelo mecânico usualmente adotado no projeto de torres metálicas treliçadas é bastante simples, utilizando elementos de treliça e/ou pórtico espacial, e resolvido através de uma análise estática e linear ou não linear geométrica. Nas hipóteses de carga de ruptura de um cabo condutor ou um cabo pára-raios o carregamento é considerado através de uma carga estática equivalente , e as fundações geralmente são modeladas com apoios indeslocáveis. Neste trabalho é avaliada a resposta de duas torres metálicas treliçadas de linhas de transmissão (LT) submetidas à hipótese de carga de ruptura de um cabo condutor, considerando a influência da flexibilidade da fundação no modelo e do tipo de análise, isto é, com uma análise dinâmica no domínio do tempo e uma análise estática com as cargas estáticas equivalentes usualmente adotadas na prática de projeto. Na análise dinâmica, o modelo deve contemplar todos os elementos de uma LT, ou seja, as torres, os cabos condutores, os cabos pára-raios e as cadeias de isoladores, a fim de se availar a influência das condições de contorno nos resultados. Por fim, os resultados da análise dinâmica das torres, em termos de deslocamentos no topo e esforços máximos em algumas barras, devem ser comparados com os resultados da análise estática, para que possam ser elaboradas sugestões nos procedimentos de projeto deste tipo de estrutura.

O objetivo do trabalho é investigar como as condições biomecânicas de portadores de Osteoartrite (OA) de joelho afetam a capacidade de realizar atividades de vida diária. Participaram desse estudo 39 indivíduos, sendo 18 indivíduos com OA de joelho bilateral grau 3, na escala Kellgren Lawrence, e 21 indivíduos saudáveis. Foram utilizadas duas plataformas de força (AMTI) para registrar a Força de Reação do Solo, cinco câmeras (Sistema Vicon) para registrar as variações angulares das articulações do quadril, joelho e tornozelo, nos planos sagital e frontal, e cinco sensores de eletromiografia wireless (Sistema Noraxon) para registrar as atividades dos músculos reto femoris (RF), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA) e gastrocnemius lateralis (GL) no segmento dominante (segmento D) dos sujeitos do grupo controle e no segmento com maior gravidade de lesão nos indivíduos com OA (segmento OA). Também foram calculados por meio de dinâmica inversa os momentos articulares nos planos sagital e frontal. Três atividades de vida diária foram investigadas, a marcha, o levantar e sentar em uma cadeira e o descer de um degrau de 20cm. Nos resultados, foi observada uma menor variação angular de forma geral nas articulações do quadril e joelho. Não foi observada diferença nas cargas mecânicas aplicadas ao aparelho locomotor. Nas três atividades cotidianas, os indivíduos com OA apresentaram adução no quadril e abdução no joelho, que denota um alinhamento em valgo durante a execução das tarefas. Poucas diferenças foram observadas nos momentos articulares flexores e extensores, nas três atividades de vida diária investigadas. No levantar e sentar menores momentos extensores foram observados no joelho durante as duas fases do movimento. Nos momentos adutores, poucas diferenças foram observadas na marcha. No levantar e sentar, o segmento OA não apresentou momentos adutores de joelho maiores que nos outros segmentos. No descer degrau, o segmento CL apresentou maior momento adutor que o segmento OA e D. De forma geral, as diferenças na ativação muscular indicam maior intensidade de ativação no grupo controle. O músculo VL nas três atividades apresentou intensidade de ativação menor nos indivíduos com OA. Observou-se maior co-ativação na marcha e no descer degrau, mas não no levantar e sentar. Na marcha a maior co-ativação ocorreu nas três articulações. No descer degrau, ocorreu no quadril e no joelho. Nas três atividades, maior co-contração foi observada e principalmente no joelho. Conclui-se que as alterações na técnica de movimento mostram-se tarefa dependente. As alterações na execução do movimento no plano sagital não foram suficientes para afetar o controle das cargas mecânicas, na marcha e no descer degrau. Apenas na tarefa de levantar e sentar surgiu algum indicio de que a eficiência seria pior. O alinhamento no joelho e os momentos adutores não sugerem maior magnitude de força no compartimento medial do joelho. Aparentemente, as características temporais sejam mais sensíveis à presença da OA no joelho do que a intensidade de ativação / The aim of this study is to investigate the biomechanical characteristics of patients with knee osteoarthritis (OA) and hoe it affects the ability to perform daily living activities. Thirty nine subjects participated in this study, 18 subjects with bilateral knee OA grade 3 Kellgren Lawrence scale) and 21 healthy individuals. Two force platforms (AMTI) were used to register the Grourd Reaction Force (GRF). Five cameras (System Vicon) were used to register the angular variations of the hip, knee and ankle in the sagittal and frontal planes. Five electromyographic electrodes (Noraxon System) were used to record the activities of the rectus femoris (RF), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA) and gastrocnemius lateralis (GL) in the dominant segment (D segment) on control group and the segment with greater severity of injury in individuals with OA (OA segment). Inverse dynamics was used to calculate joint moments sagittal and frontal planes. Three daily living activities were investigated, the gait, the Sit-to stand and Stand-to-sit and Stepping down from a 20cm height step. In results, there was a smaller angular variation in hip and knee joints. No difference was observed in the mechanical loads applied to the locomotor system. In the three daily activities, people with knee OA showed hip adduction and knee abduction, in the three daily activities, which suggests an alignment valgus in the knee. Few differences were observed in joint moments in the three daily living activities. In sit-to-stand and stand-to-sit lower peak extensor moments were observed in the knee. Few differences were observed in adductor moments in gait. In sit-to-stand and stand-to-sit, no difference was observed in knee adductor moments. In stepping down, the CL segment showed greater adductor moment than OA segment and D. In general, differences in muscle activation indicate greater activation intensity in the control group. The VL muscle showed lower activation intensity in individuals with OA in all three activities. A higher co-activation was observed in gait and in stepping down, but not in sit-to-stand and stand-to-sit. In gait the higher co-activation occurred subjects with knee OA in the three joints. In stepping down, higher co-activation occurred in the hip and knee. In the three activities, greater co-contraction was observed and especially in the knee. It can be concluded that changes in movement technique appears to be task dependent. Changes in movement technique in the sagittal plane were not enough to affect the control of the mechanical loads on gait and stepping down movements. Only in sit-to-stand and stand-to-sit some indication of worse efficiency to perform the task was observed. Knee alignment and knee adductor moments do not suggest greater magnitude of force in the medial compartment of the knee. Apparently, the temporal characteristics of muscle activity are more sensitive to the presence of knee OA than the intensity of activation

As pontes de concreto armado são obras de arte de extrema importância para a infraestrutura de transportes do Brasil. Portanto sua inspeção e manutenção são atividades estratégicas. A inspeção visual, ensaios destrutivos e não destrutivos fornecem informações sobre a sua integridade estrutural e auxiliam na tomada de decisões relativas à necessidade de reparos e reforços. Entre os ensaios não destrutivos, avalia-se neste trabalho a aplicação da identificação modal estocástica na detecção de danos em pontes. A técnica baseia-se na medição das vibrações ambientais da estrutura, aquelas que ocorrem durante seu uso, identificação de suas propriedades modais, comparação com as propriedades modais da estrutura íntegra e consequente detecção de danos. Diferentemente da análise dinâmica experimental clássica, na identificação modal estocástica as ações dinâmicas não são medidas e nem controladas durante o ensaio. Por este motivo foram adotadas técnicas de identificação modal baseadas apenas nas vibrações medidas em alguns pontos da estrutura, funções de densidade espectral de potência e transmissibilidades de vibrações entre os pontos. Desta forma as frequências naturais e modos de vibração experimentais puderam ser precisamente identificados em modelos íntegros e danificados de pontes em escala reduzida. Em cada modelo, uma danificação foi imposta em uma de suas longarinas no meio do vão ou no segundo quarto de vão. Após a realização dos ensaios dinâmicos nas condições íntegra e danificada, duas técnicas de identificação de danos foram utilizadas: Diferença de Curvatura Modal (DCM) e Índice de Dano (ID). Ambas as técnicas tiveram sucesso na detecção de danos nos modelos de pontes avaliados. / Reinforced concrete bridges are extremely important elements of Brazilian transportation infrastructure. Consequently their inspection and maintenance are strategic activities. Visual inspection, destructive or nondestructive tests offer relevant information on their structural integrity and support the decision on the need of retrofitting or strengthening. Among existing types of nondestructive tests, this work focuses on the application of stochastic modal identification in damage detection of bridges. This technique is based on the measurement of environmental vibrations that occur during normal operation of the structure, modal identification, comparison of modal properties between damaged and undamaged bridge and finally damage detection. Opposed to classical dynamic experimental analysis, in stochastic modal identification the loads are not measured or known during the test. For this reason modal identification was only based in vibrations measured in selected points of the structure, power spectral density functions and vibration transmissibilities between these points. With this method natural frequencies and experimental modal shapes could be precisely identified in damaged and undamaged small scale models of bridges. The damage was induced in the middle of the span or in the second quarter of the span in one of the girders. After dynamic testing in undamaged and damaged conditions two damage identification techniques were used: Modal Curvature Difference (MCD) and Damage Index (ID). Both techniques detected successfully the damages imposed to the bridge models.

Buscou-se por meio desta pesquisa avaliar a eficiência do reforço de ligações viga-pilar em estruturas de concreto pré-moldado. A técnica de reforço utilizada consiste na colagem de laminados de Polímero Reforçado com Fibra de Carbono (PRFC) em entalhes no concreto de cobrimento. Trata-se de uma técnica desenvolvida há cerca de dez anos, que apresentou, em pesquisas, desempenho superior às alternativas de colagem externa de mantas e laminados no tocante a reforço à flexão. Nenhuma referência ao uso desta ou de qualquer outra técnica para o reforço de ligações viga-pilar de estruturas pré-moldadas foi encontrada na pesquisa bibliográfica realizada. Entretanto, considera-se importante que esta opção seja apreciada ao se verificar comportamento insatisfatório de uma estrutura, haja vista a importância das ligações em seu desempenho global. Dado o caráter da pesquisa e o ineditismo da proposta, realizou-se um estudo experimental diversificado. Um ensaio piloto em modelo reduzido de pórtico com elementos de pilar e viga pré-moldados foi realizado. Por meio deste ensaio, verificou-se que o reforço promoveu significativa redução no deslocamento vertical da viga. Embora os resultados tenham sido promissores, destaca-se que o modelo reduzido impôs limitações, em relação ao comprimento para colagem do laminado e à distância do laminado ao canto da viga, que contribuíram para o seu arrancamento prematuro em uma das ligações. Realizou-se um ensaio em um modelo de ligação em escala real reforçado a momento fletor negativo e positivo. Em relação ao momento negativo, se alcançou um aumento de cerca de 100% na rigidez do modelo. Realizaram-se ensaios experimentais estáticos e dinâmicos em três modelos de pórtico cuja viga tinha escala real. Os resultados destes ensaios comprovaram a eficiência do reforço das ligações no aumento da sua rigidez , da frequência natural do pórtico e da resistência da estrutura. Observou-se também que o reforço promoveu redução da solicitação das armaduras principais da ligação. A simulação numérica dos ensaios dinâmicos permitiu a determinação indireta da rigidez das ligações de modo satisfatório e subsidiou a adoção de apoios elásticos na simulação dos ensaios estáticos que permitiram expandir a análise dos resultados experimentais em relação à fissuração e à distribuição de tensões. Por meio desta pesquisa comprovou-se a possibilidade de emprego da técnica de reforço proposta para a reabilitação de estruturas com deficiência relacionadas ao estado limite ultimo, já que o aumento de resistência foi alcançado, e também relacionadas aos estados limites de serviço, uma vez que as estruturas reforçadas apresentaram menores deslocamentos verticais e maiores frequências naturais. Destaca-se ainda uso eficiente da experimentação dinâmica que se prestou não somente à obtenção dos parâmetros modais da estrutura, mas também a uma avaliação realista das condições de contorno dos ensaios estáticos. / In this research, the strengthening of beam-to-column connections in precast concrete structures is evaluated. The strengthening technique used is internationally known as Near-Surface-Mounted and involves the bonding of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips into slits made in concrete cover. There are no references about the use of this or any else technique in the strengthening of connections in precast structures however it could be an option when the structure presents an unsatisfactory behavior. Because of the innovative characteristic of the purpose, experimental tests are required. A pilot test was performed in a frame with reduced dimensions. The frame had initially pinned connections that were strengthened. The strengthening provided a reduction in the beam deflection and the recovery of the initial stiffness of the frame. Although the promising results, the frame dimensions imposed limitations in relation to the strips bonding length and to the distance to the beam edge that contributed to the premature failure by splitting of strips and concrete. It was also performed a test in a strengthened semi-rigid connection. An increase in the connection stiffness was observed. Experimental static and dynamic tests were performed on three real scaled frame models. The results of these tests demonstrated the effectiveness of the strengthening in the increasing of stiffness, natural frequency and strength of the frame. It was also observed that the strengthening reduced the reinforcement strain. The numerical simulation of the dynamic tests allowed the indirect determination of the connections stiffness and supported the definition of boundary conditions in the simulation of the static tests that allowed a better understanding in relation to cracking and stress distribution. Through this research it was confirmed that the strengthening technique proposed is useful for rehabilitation of structures with disabilities related to ultimate limit state, since the increase in resistance was achieved, and also related to the serviceability limit states, since strengthened structures presented lower vertical displacements and higher natural frequencies. It is highlighted that the dynamic tests were important not only to obtain the modal parameters of the structure, but also to evaluate the real boundary conditions of the static tests.

O presente trabalho correlacionou diversas funções de respostas em frequência (FRF) de juntas do tipo simples, coladas e fabricadas em titânio-compósito (resina epóxi reforçada por fibra de carbono). As FRFs produzidas foram investigadas (experimental e numericamente) tanto para juntas intactas como para juntas com falha, estas provenientes, por exemplo, do uso em serviço ou então, com resultado do processamento inadequado de um reparo. Com base nessas análises buscou-se, portanto, subsidiar o desenvolvimento de um sistema de monitoramento estrutural a partir da avaliação de seu comportamento dinâmico, medido pelo uso de pastilhas piezelétricas integradas à estrutura. Para que o respectivo objetivo fosse alcançado. Num primeiro momento, a fim de compreender os fenômenos envolvidos, conduziu-se a atividade de revisão bibliográfica, que baseada na consulta dos trabalhos mais recentes publicados sobre a análise de juntas coladas empregando abordagem numérica, analítica e/ou experimental. Em seguida, foram desenvolvidos modelos computacionais preliminares com solução via Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de se obter as diretrizes mínimas para uma proposta de fabricação das juntas híbridas (metal-compósito). Tal estratégia permitiu reduzir efeitos indesejados, que pudessem comprometer os resultados experimentais. Em posse dos resultados computacionais fabricou-se amostras de juntas metal-compósito com e sem dano. Num primeiro momento, foram realizadas análises numéricas através do desenvolvimento de modelos computacionais (com solução via MEF) das juntas, metal-compósito, monitoradas por transdutores piezelétricos. Em seguida, as juntas híbridas foram submetidas a ensaios experimentais dinâmicos, empregando técnicas de monitoramento com auxílio de transdutores piezelétricos e acelerômetros. Por fim, avaliaram-se potencialidades e limitações dos modelos computacionais desenvolvidos, através de estudos de caso, comparando os resultados experimentais com os resultados numéricos. / The herein proposed research has correlates Frequency Response Functions (FRF) of several hybrid titanium-composite (epoxy resin reinforced with carbon fiber) single lap bonded joints. The FRFs were investigated (numerically and experimentally) for joints with and without failures which may arise as the result of in service events or bad maintenance practices. The result of the dynamic analyses provided by the FRFs has substantiated the proposal of a damage detection method using piezoelectric elements capable which are capable to detect minor alterations on the dynamic behavior of the joint. In order to reach the proposed objective, the first action towards the given objective was study the problem through a bibliographic revision of the research subject, for this purpose the most recent published works related to numerical, analytical and experimental analyses of bonded joints were thoroughly evaluated and segregated. Afterwards, models of the joints were proposed using Finite Element Models (FEM) to obtain a preliminary result of the joints behavior to eventually substantiate the manufacturing processes, reducing the amount of material, time and cost of the experiments. Based upon the results of the FEM the coupons were manufactured with and without damages, using the methods and techniques available on the maintenance field for restoration of composite elements. Before proceed to the comparison between the modeled and experimental results, additional models were proposed using previous work\'s results to get results from the piezoelectric monitored joints. Afterwards, all experimental tests were conducted using accelerometers and piezoelectric elements to provide the means through it the advantages and drawbacks of the proposed monitoring method could be checked, by comparison between the experimental and modeled results.