[pt] Apresenta-se uma abrangente ferramenta de avaliação das condições de segurança de tensão, composta de índices com significado físico / matemático, propícia para uso na operação em tempo real. A ferramenta identifica se a solução de tensão para uma carga conectada à barra i está na parte superior, na inferior e a distância ao máximo carregamento da curva V x P,Q. Neste trabalho a enfâse está no desenvolvimento da margem de potência, distância em MVA do atual ao máximo carregamento, assim como na análise do ângulo entre os vetores-gradiente dos fluxos de potência ativa e reativa chegando / saindo de barras de carga / geração. Mostra-se a evolução desses índices durante um horizonte de tempo correspondente a uma rampa de carregamento do sistema. A área Rio do sistema brasileiro foi escolhida para observação por ter seu desempenho fortemente influenciado pela coordenação entre os diversos recursos de controle internos e externos e, também por ser um grande centro de carga com sistema de suprimento radial. A implementação das lógicas desses recursos de controle, caracterizada pela escolha das barras controladas e faixas de tensão, refletiram a experiência acumulada na operação do sistema, respeitando-se todos os limites operativos Verifica-se a ocorrência de situações extremas que levariam o sistema ao colapso de tensão. Apresenta-se ainda um estudo de barras associadas à compensação série no tronco de transmissão entre Itaipu a Tijuco Preto, barras que apresentam índices com valores atípicos. Conclui-se que o método computacional de avaliação das condições de segurança de tensão é adequado para a operação em tempo real, quando é monitorada a evolução dos índices relativos a uma seqüência de diferentes pontos de operação. / [en] This work presents a comprehensive and meaningful tool for voltage security assessment adequate for real time operational monitoring. With this tool it is possible to verify if the voltage is in the upper or in the lower region of the V, P,Q curve, as well as to quantify voltage stability margin. The emphasis of this work is on the development of margins, the distance in MVA from the current to the maximum loading, as well as on the analysis of the angle between the gradient vectors of active and reactive power flow leaving / arriving generation / load buses. It is shown the evolution of the indexes during a period of time that corresponds to a system-loading ramp. The Rio and Espírito Santo area of the Brazilian electric system was chosen for observation because its performance is strongly influenced by the co-ordination between the several types of internal and external existing controls. Also because this area represents a large load centre with an almost radial transmission system. The logic implementation of these control resources, characterised by controlled buses and voltage limits choice, respecting all the operational limits, reflected the operational experience acquired by system operators. It is verified the occurrence of extreme situations that could lead to voltage collapse in the network. It is also presented a study on the buses associated with series compensation on the Itaipu - Tijuco Preto bulk transmission path that present unusual values for the indexes. It is concluded that the computational method of voltage security assessment is adequate for real time operation, when the evolution of indexes related to different operation points are monitored.

A fundação profunda tem como objetivo realizar a transferência das cargas provenientes da superestrutura ao solo, ou seja, deve-se considerar sempre a interação fundação-solo, para estimativa da capacidade de carga de suporte da estrutura. Segundo Avelino (2006) com o surgimento dos ensaios de carregamento dinâmico, o controle do estaqueamento de fundações profundas desenvolveu-se significativamente nos últimos vinte anos devido à facilidade na execução desses ensaios e seu relativo baixo custo. No Brasil, há um predomínio praticamente absoluto dos métodos CASE e CAPWAP. O trabalho tem por objetivo analisar o método semi-empírico que preveja com maior confiabilidade a capacidade de carga de estacas pré-fabricadas cravadas em região de solo mole. Para atingir este objetivo serão analisadas estacas de concreto protendido com seção transversal quadrada 230mmx230mm, utilizadas como fundação de habitações populares em uma obra promovida pela Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo (CDHU), na cidade de Cubatão, São Paulo. Neste trabalho serão apresentados os resultados de capacidade de carga das estacas determinados através da aplicação de alguns métodos consagrados, como o Decourt-Quaresma (1978) e Aoki-Velloso (1975), que utilizam resultados de sondagens a percussão de simples reconhecimento. Estes valores de capacidade de carga serão comparados aos obtidos através de uma série de ensaios de carregamento dinâmico tendo como foco a capacidade de carga da estaca, através das analises CAPWAP. Estes ensaios são localizados próximos aos respectivos furos de sondagens cujos resultados foram utilizados para previsão da capacidade de carga. / A deep foundation is a structural element that aims to conduct the transfer of loads from the superstructure to the ground, ie, one should always consider the foundation-soil interaction to predict the load capacity of the frame support. According to Avelino (2006) with the emergence of dynamic loading tests, the control staking of deep foundations has developed significantly over the last twenty years due to the ease in performing those tests and their relative low cost. In Brazil, there is an almost absolute predominance of CASE and CAPWAP methods. The work aims to compare the values of load capacity predicted by semi-empirical methods of prefabricated concrete piles driven in to the soft soil with the values obtained through dynamic load tests. For this, pre-stressed concrete piles were analyzed with square cross section 230mmx230mm, used as popular housing foundation in a project promoted by the Company of Housing and Urban Development of the State of São Paulo (CDHU) in the city of Cubatão, São Paulo. The semi-empiric methods used follow the Decourt and Quaresma (1978), Aoki and Velloso (1975), methods, using results of standard penetration test (SPT). These load capacity values will be compared to those obtained through a series of dynamic loading test focusing on the load capacity obtained through the CAPWAP analysis.

Este trabalho apresenta um estudo de aplicabilidade de diferentes critérios de falhas para materiais compósitos poliméricos reforçados, especificamente laminados compostos de fibras unidirecionais, submetidos a carregamento de flexão. Consiste inicialmente de um levantamento bibliográfico para descrever os principais mecanismos de falhas e como estes podem ser analisados. É realizada uma avaliação dos principais critérios de falhas existentes, em estudos de casos de vigas do material submetidas a esforços de flexão três pontos. Para tal avaliação utilizou-se o método dos elementos finitos, devido à complexidade da análise de tensões em compósitos poliméricos reforçados. Posteriormente foram implementadas rotinas computacionais para o cálculo de alguns dos critérios de falhas encontrados na literatura. Assim, analisou-se as potencialidades e limitações desses critérios nos estudos de caso abordados. / This work presents a study about the applicability of different failure criteria for laminated reinforced composite materials made of unidirectional fibers, under flexural loads. First, it is described the failure mechanisms of this material, and how this can be evaluated. Some of the most important failure criteria are tested for beams under flexural loads. Because of the complexity of composite stress analysis, it was used the Finite Element Method. After that, some computational routines were implemented to calculate the failure criteria. The advantages and limitations of these theories could be verified for the flexural case studies.

Nesta dissertação é aplicado o método da função Lagrangiana barreira modificada (FLBM), uma variante do método de pontos interiores, para determinação do máximo carregamento em sistemas de energia elétrica. A formulação do problema tem como restrições de igualdade as equações de balanço de potência do sistema, em sua forma parametrizada, e como restrições de desigualdade os limites de tensões nas barras e os limites de geração de potência reativa nas barras com controle de reativo. Os resultados encontrados com a técnica de otimização estática utilizada neste estudo são confrontados com os resultados obtidos com o método primal-dual barreira logarítmica. Para realização dos testes de desempenho da metodologia proposta, utilizou-se como padrão os sistemas do IEEE de 14, 57 e 118 barras. Os testes demonstraram a robustez e a eficiência do algoritmo proposto. / In this work the modified barrier Lagrangian function (MBLF) method, a variant of the interior point method. The formulation of the problem will have as constraints of equality the power system swinging equations, in a parametrized form, and as inequality constraints the voltage limits in the buses and the reactive generation limits in the buses with reactive control. The results found with the static optimization technique used in this study are confronted with the results obtained with the primal-dual barrier logarithmic method. The performance of the method is illustrated using as pattern the systems IEEE 14, 57 and 118 bars. The tests demonstrated the robustness and the efficiency of the proposed algorithm.

Este trabalho apresenta a avaliação das tensões de cisalhamento nas interfaces verticais de paredes de alvenaria interconectadas em casos onde atuam simultaneamente carregamentos verticais e ações horizontais. Os valores obtidos para as máximas tensões de cisalhamento são comparados com as resistências estabelecidas na norma brasileira em vigor, NBR 10837 (ABNT, 1989), e no texto base para sua revisão. Os valores das referidas normas também são confrontados com valores experimentais, avaliando-se criticamente a aplicação dos limites normativos na prática de projetos de edifícios existentes. Adicionalmente, são avaliadas duas formas distintas de modelagem de edifícios de alvenaria estrutural, quando submetidos às ações horizontais. A primeira consiste em uma abordagem simplificada e bastante usual entre projetistas, a associação plana de paredes isoladas. Sua aferição é importante para fornecer ao projetista uma ferramenta que lhe permita obter resultados de maneira rápida e confiável. A segunda forma de modelagem é uma análise de pórtico tridimensional que permite uma análise mais completa das paredes de contraventamento, incluindo os efeitos das deformações por cisalhamento. Com o intuito de avaliar as diferenças observadas entre os dois modelos, foram empregados testes estatísticos, que permitem analisar se eles são estatisticamente iguais a um nível de significância de 5%. Para aquisição dos dados para as análises são feitos estudos de casos com quatro edifícios residenciais usuais, com diferentes arranjos arquitetônicos, variando-se o número de pavimentos em quatro, oito, doze e dezesseis, de modo a se obter maior representatividade dos resultados. Com os resultados obtidos nas avaliações, concluiu-se que os valores adotados como limites de resistência pelo texto base da revisão da NBR 10837 (ABNT, 1989) parecem ser rigorosos para realidade brasileira. Com relação à comparação dos modelos estudados, os testes estatísticos direcionam a uma conclusão importante, que é a de não haver diferença entre eles, para um nível de 5% de significância. / This work presents the evaluation of the shear stress at the vertical interfaces of interconnected masonry walls simultaneously subjected to vertical and horizontal loads. The obtained maximum shear stress values are compared to the shear strengths prescribed by the current Brazilian code, NBR 10837 (ABNT, 1989), and by its review base text. The prescribed values are also confronted with experimental values, critically evaluating the application of the regulatory limits in the practical design of existing buildings. Additionally, two different ways of modeling the structural masonry buildings when submitted by horizontal actions are evaluated. The first one is a simple approach, largely used by designers, that consists in the two dimensional association of isolated walls. Its evaluation is important to provide the designer with a quick and reliable analytical tool. The second way of modeling is a three dimensional frame analysis, which allows a more complete simulation of the shear walls, including the shear strain effects. In order to evaluate the differences between the two models, statistical tests were employed for examining whether they are statistically equal at a significance level of 5%. Case studies were performed taking into account four residential buildings with different architectural arrangements. The number of floors was also varied considering four, eight, twelve and sixteen, in order to obtain more meaningful results. The developed analysis showed that the strength limits prescribed by the review base text of the NBR 10837 (ABNT, 1989) seem to be very much strict according to the Brazilian common practice. Regarding the comparison of the studied analytical models, the statistical tests showed that there is no difference between them at a significance level of 5%.

A fundação profunda tem como objetivo realizar a transferência das cargas provenientes da superestrutura ao solo, ou seja, deve-se considerar sempre a interação fundação-solo, para estimativa da capacidade de carga de suporte da estrutura. Segundo Avelino (2006) com o surgimento dos ensaios de carregamento dinâmico, o controle do estaqueamento de fundações profundas desenvolveu-se significativamente nos últimos vinte anos devido à facilidade na execução desses ensaios e seu relativo baixo custo. No Brasil, há um predomínio praticamente absoluto dos métodos CASE e CAPWAP. O trabalho tem por objetivo analisar o método semi-empírico que preveja com maior confiabilidade a capacidade de carga de estacas pré-fabricadas cravadas em região de solo mole. Para atingir este objetivo serão analisadas estacas de concreto protendido com seção transversal quadrada 230mmx230mm, utilizadas como fundação de habitações populares em uma obra promovida pela Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo (CDHU), na cidade de Cubatão, São Paulo. Neste trabalho serão apresentados os resultados de capacidade de carga das estacas determinados através da aplicação de alguns métodos consagrados, como o Decourt-Quaresma (1978) e Aoki-Velloso (1975), que utilizam resultados de sondagens a percussão de simples reconhecimento. Estes valores de capacidade de carga serão comparados aos obtidos através de uma série de ensaios de carregamento dinâmico tendo como foco a capacidade de carga da estaca, através das analises CAPWAP. Estes ensaios são localizados próximos aos respectivos furos de sondagens cujos resultados foram utilizados para previsão da capacidade de carga. / A deep foundation is a structural element that aims to conduct the transfer of loads from the superstructure to the ground, ie, one should always consider the foundation-soil interaction to predict the load capacity of the frame support. According to Avelino (2006) with the emergence of dynamic loading tests, the control staking of deep foundations has developed significantly over the last twenty years due to the ease in performing those tests and their relative low cost. In Brazil, there is an almost absolute predominance of CASE and CAPWAP methods. The work aims to compare the values of load capacity predicted by semi-empirical methods of prefabricated concrete piles driven in to the soft soil with the values obtained through dynamic load tests. For this, pre-stressed concrete piles were analyzed with square cross section 230mmx230mm, used as popular housing foundation in a project promoted by the Company of Housing and Urban Development of the State of São Paulo (CDHU) in the city of Cubatão, São Paulo. The semi-empiric methods used follow the Decourt and Quaresma (1978), Aoki and Velloso (1975), methods, using results of standard penetration test (SPT). These load capacity values will be compared to those obtained through a series of dynamic loading test focusing on the load capacity obtained through the CAPWAP analysis.

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[pt] Uma metodologia eficiente e segura é proposta para prever a propagação de trincas de fadiga sob carregamento complexo em estruturas bidimensionais com geometria genérica. Primeiro, o caminho da trinca (em geral curvo) e os fatores de intensidade de tensão KI(a) e KII(a) ao longo do comprimento da trinca a são calculados num programa de elementos finitos especialmente desenvolvido para este fim, o Quebra2D. Estes cálculos são feitos usando pequenos incrementos especificáveis no tamanho da trinca e técnicas de remalhamento automatizadas. Os valores de KI(a) são usados como dados de entrada num programa de previsão de vida à fadiga, o ViDa. Esse programa foi desenvolvido para prever a iniciação e a propagação de trincas 1D e 2D sob carregamento complexo por todos os métodos clássicos, incluindo SN, eN e IIW (estruturas soldadas) para a iniciação da trinca, e o método da/dN para a propagação. Em particular, o módulo que propaga a trinca aceita qualquer expressão de KI(a) e qualquer regra da/dN, e usa o método DKrms ou CCC (crescimento ciclo-a-ciclo) para prever a propagação de trincas uni e bidimensionais sob carregamento complexo. A análise numérica proposta foi verificada através de vários experimentos representativos, cuja metodologia experimental é discutida em detalhes. / [en] A reliable and cost effective two-phase methodology is proposed to predict fatigue crack propagation in generic two-dimensional structural components under complex loading. First, the fatigue crack path and its stress intensity factor are calculated in a specialized finite- element software, using small crack increments. Numerical methods are used to calculate the crack propagation path, based on the computation of the crack incremental direction, and the stress-intensity factors KI, from the finite element response. Then, an analytical expression is adjusted to the calculated KI(a) values, where a is the length along the crack path. This KI(a) expression is used as an input to a powerful general purpose fatigue design software based on the local approach, developed to predict both initiation and propagation fatigue lives under complex loading by all classical design methods, including the SN, the eN and the IIW (for welded structures) to deal with crack initiation, and the da/dN to treat propagation problems. In particular, its crack propagation module accepts any KI expression and any da/dN rule, using the DKrms or the cycle-by-cycle propagation methods to deal with one and twodimensional crack propagation under complex loading. If requested, this latter method may include overload-induced crack retardation effects. This two-phase methodology is experimentally validated by fatigue tests on compact tension and bending single edge notch specimens, modified with holes positioned to attract or to deflect the cracks.

Freight distribution systems are under stress. With the world population growing, the migration of people to urban areas and technologies that allow purchases from virtually anywhere, efficient freight distribution can be challenging. An inefficient movement of goods may lead to business not being economically viable and also has social and environmental negative effects. An important strategy to be incorporated in freight distribution systems is the consolidation of goods, i.e., group goods by their destination. This strategy increases vehicles utilisation, reducing the number of vehicles and the number of trips required for the distribution and, consequently, costs, traffic, noise and air pollution. In this thesis, we explore consolidation in three different contexts (or cases) from an optimisation point of view. Each context is related to optimisation problems for which we developed mathematical programming models and solution methods. The first case in which we explore consolidation is in container loading problems (CLPs). CLPs are a class of packing problems which aims at positioning three-dimensional boxes inside a container efficiently. The literature has incorporated many practical aspects into container loading solution method (e.g. restricting orientation of boxes, stability and weight distribution). However, to the best of our knowledge, the case considering more dynamic systems (e.g. cross-docking) in which goods might have a schedule of arrival were yet to be contemplated by the literature. We define an extension of CLP which we call Container Loading Problem with Time Availability Constraints (CLPTAC), which considers boxes are not always available for loading. We propose an extension of a CLP model that is suitable for CLPTAC and solution methods which can also handle cases with uncertainty in the schedule of the arrival of the boxes. The second case is a more broad view of the network, considering an open vehicle routing problem with cross-dock selection. The traditional vehicle routing problem has been fairly studied. Its open version (i.e. with routes that start and end at different points) has not received the same attention. We propose a version of the open vehicle routing problem in which some nodes of the network are consolidation centres. Instead of shippers sending goods directly to their consumers, they must send to one of the available consolidation centres, then, goods are resorted and forwarded to their destination. For this problem, we propose a mixed integer linear programming model for cost minimisation and a solution method based on the Benders decomposition framework. A third case in which we explored consolidation is in collaborative logistics. Particularly, we focus on the shared use of the currently available infrastructure. We defined a hub selection problem in which one of the suppliers is selected as a hub. In a hub facility, other suppliers might meet to exchange their goods allowing one supplier to satisfy the demand from others. For this problem, we propose a mixed integer linear programming model and a heuristic based on the model. Moreover, we compared a traditional distribution strategy, with each supplier handling its demand, against the collaborative one. In this thesis, we explore these three cases which are related to consolidation for improving the efficiency in freight distribution systems. We extend some problems (e.g. versions of CLP) to apply them to a more dynamic setting and we also define optimisation problems for networks with consolidation centres. Furthermore, we propose solution methods for each of the defined problems and evaluate them using randomly generated instances, benchmarks from the literature and some cases based on real-world characteristics. / Sistemas de distribuição de carga possuem uma demanda muito alta. Com a população mundial crescendo, a migração em direção às áreas urbanas e as tecnologias que permitem compras de virtualmente qualquer lugar, a distribuição eficiente de mercadorias pode ser um desafio. Uma movimentação ineficiente de mercadorias pode tornar negócios economicamente inviáveis além de ter um impacto social e ambiental negativos. Uma estratégia importante para se incorporar em sistemas de distribuição é a consolidação de cargas, isto é, agrupar cargas de acordo com seus destinos. Essa estratégia aumenta a utilização dos veículos, reduzindo o número de veículos e viagens necessários para a distribuição e, consequentemente, custos, tráfego, poluição sonora e do ar. Nesta tese, é explorada a técnica de consolidação em três casos diferentes de um ponto de vista de otimização. Cada caso é relacionado a problemas de otimização para os quais são propostos modelos de programação matemática e métodos de solução. O primeiro caso em que é explorada a consolidação é em Problemas de Carregamento de Contêineres (PCCs). PCCs pertencem a uma classe de problemas de empacotamento que visa posicionar caixas tridimensionais dentro de contêineres eficientemente. A literatura tem incorporado diversos aspectos práticos em procedimentos de solução dos PCCs (por exemplo, restringir a orientação das caixas, estabilidade e distribuição de peso). No entanto, o caso que considera sistemas logísticos mais dinâmicos (como cross-docking), nos quais mercadorias podem ter uma agenda de chegada ainda não havia sido contemplados. É definida uma extensão de PCC chamada de Problema de Carregamento de Contêieneres com Restrições de Disponibilidade Temporal (PCCRDT). Também, propõem-se modelos e métodos de solução para o PCCRDT que são capazes de lidar com incerteza na chegada das mercadorias. O segundo caso utiliza uma visão mais abrangente da rede de distribuição, considerando um problema de roteamento de veículos em rede aberta com seleção de cross-dock. O problema tradicional de roteamento de veículos é bastante estudado. A sua versão aberta (com rotas que começam e terminam em pontos diferentes) não tem recebido tanta atenção. É proposta uma versão do roteamento de veículos em rede aberta em que alguns nós da rede são centros de consolidação. Os fornecedores, ao invés de enviar as mercadorias diretamente para os consumidores, enviam-nas para um dos centros de consolidação disponíveis, então, as mercadorias são reorganizadas (em diferentes veículos) e encaminhadas para o seus destinos. Para esse problema, é proposto um modelo de programação linear inteira mista para a minimização de custo e um método de solução baseado no arcabouço de decomposição de Benders. Um terceiro caso em que foi explorada a consolidação de mercadorias é o de logística colaborativa. Particularmente, se concentrou no uso compartilhado de infra-estrutura já disponível na rede de distribuição. É definido um problema de seleção de seleção de um dos fornecedores como hub. No hub, outros fornecedores podem se encontrar para trocar suas mercadorias, permitindo que um fornecedor satisfaça a demanda de outro. Para esse problema, é proposto um modelo de programação linear inteira mista e uma heurística baseada no modelo. Ainda, é comparada uma estratégia de distribuição convencional (com cada fornecedor responsável pela sua própria demanda) com uma estratégia colaborativa. Nesta tese, são explorados esses três casos que se relacionam com consolidação para melhorar a eficiência de sistemas de distribuição de carga. São estendidos alguns problemas (como o PCC) para que se possa aplicá-los em cenários mais dinâmicos e também são definidos problemas de otimização em redes com centros de consolidação. Além disso, são propostos métodos de solução para cada um dos casos. Os métodos são avaliados em instâncias geradas aleatoriamente, instâncias da literatura e, em alguns casos, instâncias baseadas em cenários reais.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-11-07Bitstream added on 2014-06-13T19:47:13Z : No. of bitstreams: 1 malange_fcv_dr_ilha.pdf: 1077798 bytes, checksum: 6e2455ed107dc7931eb5bc7473ecce8a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma metodologia alternativa para a melhoria da margem de carregamento e redução da perda total de potência ativa com base no método da continuação. Para atingir esta meta, uma equação de parametrização baseada na perda de potência ativa total e as equações da potência reativa nas barras de geração são acrescentadas às equações de fluxo de carga convencional. As tensões nas barras PV são consideradas como variáveis de controle e um novo parâmetro é escolhido para reduzir as perdas de potência ativa nas linhas de transmissão. Os resultados mostram que este procedimento, em geral, conduz a um aumento no ponto de máximo carregamento e por conseguinte, melhoria na margem estática da estabilidade de tensão. Este procedimento também leva a uma redução nos custos operacionais e, simultaneamente, uma melhoria no perfil da tensão. / This work presents an alternative methodology for loading margin improvement and total real power losses reduction by using a continuation method. In order to attain this goal, a parameterizing equation based on the total real power losses and the equations of the reactive power at the slack and generation buses are added to the conventional Power Flow equations. The voltages at these buses are considered as control variables and a new parameter is chosen with to reduce the real power losses in the transmission lines. The results show that this procedure leads to maximum loading point increase and consequently, in static voltage stability margin improvement. Besides, this procedure also takes to a reduction in the operational costs and, simultaneously, to voltage profile improvement.