PINHEIRO, Everton Alves Rodrigues. Produção de sedimentos em diferentes escalas espaciais: o caso da bacia do rio Jaguaribe-Ce. 2013. 77 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2013. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-28T12:17:02Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_earpinheiro.pdf: 3671358 bytes, checksum: c637b9e3efae99945651824ff562a2dc (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-28T12:17:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_earpinheiro.pdf: 3671358 bytes, checksum: c637b9e3efae99945651824ff562a2dc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T12:17:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_earpinheiro.pdf: 3671358 bytes, checksum: c637b9e3efae99945651824ff562a2dc (MD5) Previous issue date: 2013 / Erosion, transport and sediment deposition are environmental issues that affect society, mainly due to the decrease in agricultural production, decreased storage capacity of reservoirs, the intensification of desertification processes, the occurrence of floods and reduction of water availability. The current trend of the hydrosedimentological studies is addressing large scale in order to generate results with implications to planning of basins. Therefore, the monitoring and hydrosedimentological analysis of the sub-basins are of great importance for the understanding of local processes, in addition, these studies when consistently, become part of the database of investigations that cover large systems, in some situations, the global scale. The objective of this research is to study the specific sediment yield in the Jaguaribe River Basin (JRB), with the proposal to examine the relationship between this variable and the drainage area in order to identify if the data have an allometry trend with the spatial scale. The specific sediment yield data were obtained from primary and secondary sources, covering different measurement methods and a wide range of areas (6.8 x 10-5 km² to 4.8 x 104 km²). The primary data were originated from an automated hydrosedimentological section, monitoring of hillslope by erosion pins and reservoirs bathymetric surveys. Secondary data were originated from previous investigations conducted in several sub-basins of the Jaguaribe River, also contemplating different measurement methods and scales. The results of this research show that: (i) the calibration of the turbidimeter by sediment re-suspension method was shown to be as a reasonable alternative to semiarid conditions. Improvement at timescale of the sedimentological measures by turbidity allowed a more representative analysis of the suspended sediment concentration dynamics at studied control section; (ii) average specific sediment yield of the JRB was 347 t km-2 yr-1, the least was 1.1 t km-2 year-1 and the maximum was 1,340 t km-2 year-1; (iii) the attributes erosivity, geology and vegetation cover, when analyzed separately, didn’t induce any clear relationship between specific sediment yield and drainage area. However, the watersheds with vegetation cover over 80% had an average sediment yield of 139 t km-2 year-1, while those with vegetation cover less than 40% achieved an average of 545 t km-2 year-1, showing the importance of vegetation in reducing soil detachment and sediment transport; (iv) the present study indicated that the relationship between sediment yield and drainage area of the Jaguaribe River, with positive allometry to areas up to 400 km², did not follow the regular pattern established by the data of many rivers in the world. Saved better judgment, the positive allometry found in this study is novel to with not-glacial behavior regions; (v) the positive allometry found in this research may be interpreted that the Depressão Sertaneja, the main geomorphological unit in the JRB, is still in adjustment phase, where the erosion processes responsible for the leveling of the surface are contributing to increase sediment yield up to certain scale. Above the area (400 km²) at which specific sediment yield begins decreased, the process of sediment deposition becomes dominant upon production and transport processes. / A erosão, o transporte e a deposição de sedimentos são questões ambientais que afetam a sociedade, principalmente devido ao decréscimo da produtividade agrícola, à diminuição da capacidade de armazenamento dos reservatórios, à intensificação dos processos de desertificação, à ocorrência de inundações e à redução da disponibilidade hídrica. A tendência atual dos estudos hidrosedimentológicos é abordar grandes escalas, a fim de gerar resultados com implicações para o planejamento das bacias hidrográficas. Porém, o monitoramento e a análise hidrosedimentológica de sub-bacias são de grande importância para o entendimento dos processos locais. Além disso, esses estudos, quando consistentes, se tornam parte do banco de dados das investigações que englobam os grandes sistemas, em algumas situações, a escala global. Objetiva-se com esta pesquisa estudar a produção específica de sedimentos na Bacia do Rio Jaguaribe (BRJ), com a proposta de analisar as relações entre esta variável e a área de drenagem, a fim de identificar se os dados possuem alometria com a escala espacial. Os dados de produção de sedimentos foram obtidos de fontes primárias e secundárias, contemplando diferentes métodos de medição e larga faixa de áreas (6,8 x 10-5 km² a 4,8 x 104 km²). Os dados primários advieram do monitoramento de uma seção hidrosedimentológica automatizada, monitoramento de uma encosta por pinos de erosão e batimetrias de reservatórios. Os dados secundários foram originados de investigações anteriores conduzidas em diversas escalas de sub-bacias do Rio Jaguaribe, também contemplando diferentes métodos de medição. Os resultados encontrados por esta pesquisa mostram que: (i) a calibração do turbidímetro por meio da resuspensão de sedimentos se mostrou uma alternativa plausível para as condições semiáridas. A melhoria da escala temporal no monitoramento sedimentológico através das medidas de turbidez permitiu uma análise mais representativa da dinâmica da concentração de sedimentos suspensos da seção estudada; (ii) a produção de sedimentos média da BRJ foi de 347 t km-2 ano-1, mínimo de 1,1 t km-2 ano-1 e máximo de 1.340 t km-2 ano-1; (iii) os atributos erosividade, geologia e cobertura vegetal, quando analisados separadamente, não induziram a nenhuma relação clara entre a produção específica de sedimentos e a área de drenagem. Porém, as bacias com cobertura vegetal acima de 80% tiveram uma média de produção de sedimentos de 139 t km-2 ano-1, enquanto aquelas com cobertura inferior a 40% obtiveram média de 545 t km-2 ano-1, evidenciando a importância da vegetação na redução da desagregação do solo e transporte de sedimentos; (iv) o presente estudo indicou que a relação entre produção de sedimentos e área de drenagem do Rio Jaguaribe, com alometria positiva para áreas de até 400 km², não seguiu o padrão regular estabelecido pelos dados de muitos rios do mundo. Salvo melhor juízo, a alometria positiva encontrada por este trabalho é inédita para regiões não glaciais; (v) a alometria positiva encontrada por esta pesquisa pode ser um indicativo de que a Depressão Sertaneja, unidade geomorfológica principal da BRJ, ainda está em fase de ajustamento, ou seja, os processos de erosão responsáveis pelo aplainamento da superfície estariam contribuindo para o aumento da produção de sedimento até uma determinada faixa de escala. A partir da área (400 km²) na qual se inicia o decaimento da produção de sedimento, os processos de deposição dos sedimentos passam a ser dominantes sobre os processos de produção e transporte.

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A evolução dos concretos utilizados nas últimas décadas deu origem ao Concreto de Alto Desempenho (CAD), que tem, entre suas características, alta resistência à compressão e baixa permeabilidade. Com o desenvolvimento dos produtos químicos utilizados na construção civil, em especial os superplastificantes e superfluidificantes, a utilização desse tipo de concreto tornou-se cada vez mais freqüente pela possibilidade de se obter uma mistura suficientemente trabalhável utilizando-se fatores água/cimento menores do que 0,35. Devido à sua microestrutura mais homogênea, esse tipo de concreto apresenta um comportamento mais frágil do que os concretos convencionais, exigindo uma melhor caracterização do material. A partir do final da década de 70 começou-se a aplicar os conceitos da Mecânica da Fratura para análise do comportamento de estruturas construídas com esse tipo de concreto. Como em algumas situações a resistência nominal de peças de concreto diminui com o aumento de suas dimensões, houve a necessidade de se considerar o efeito de escala das estruturas a fim de se obter níveis de segurança mais adequados no seu dimensionamento, o que justificou a utilização da Mecânica da Fratura. Neste trabalho a energia de fraturamento foi obtida experimentalmente pelo método do trabalho de fraturamento e pelo método do efeito de escala, por meio de ensaios estáveis de flexão de três pontos em amostras de concreto de alto desempenho com entalhe. Foi também desenvolvida a simulação numérica de uma viga com entalhe, analisada pelo método dos elementos finitos e empregando-se na modelagem constitutiva os conceitos da Mecânica da Fratura aplicada ao concreto. As vigas foram moldadas e ensaiadas no Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) na cidade de Nova Friburgo. Os ensaios foram realizados com controle de deslocamento da célula de carga. Foram ensaiadas três séries de 12 vigas, com quatro dimensões diferentes, geometricamente proporcionais, e três amostras para cada dimensão, totalizando 36 vigas. As alturas utilizadas para as vigas foram 38, 76, 152 e 304 mm, e sua espessura foi mantida constante igual a 38 mm. Os corpos de prova cilíndricos, para caracterização da resistência à compressão do concreto, foram moldados no IPRJ e rompidos no laboratório de engenharia civil da UERJ, na cidade do Rio de Janeiro. Os concretos utilizados apresentaram resistência à compressão média de 70 MPa. / The evolution of the concrete mixes used during the last decades gave birth to the High Performance Concrete (HPC), which, among its main characteristics, presents high strength and low permeability. With the development of chemical products used in civil engineering constructions, mainly the superplasticizers, the use of this kind of concrete has become more and more frequent due to the possibility of obtaining a workable mixture with a water/cement ratio lower than 0.35. Due to its more homogeneous microstructure, the HPC presents a more fragile behavior than the conventional concrete, demanding a better characterization of the material. At the end of the 1970s, concepts of the Fracture Mechanics started to be used for the analysis of the structural behavior of concrete structures. As the nominal stress of the material decreases as the size of the structure increases, it became necessary to consider this size effect in the analysis in order to obtain more suitable levels of security. This fact justifies the use of the Fracture Mechanics in the structural analysis of concrete structures. In this work, the fracture energy was experimentally obtained using the work-offracture method and the size effect method by performing three-point bend tests in HPC notched beams. It was also developed a numerical simulation of the tests, performing the analysis through the Finite Element Method and applying the concepts of the Fracture Mechanics of Concrete into the constitutive model. The notched beams were molded and tested at the Polytechnic Institute of the State University of Rio de Janeiro (IPRJ/UERJ), located in the city of Nova Friburgo. The tests were controlled by the vertical displacement of the load cell. Three series of twelve beams with four geometrically similar sizes were tested. Three samples for each size were cast, making an amount of 36 beams. The beams were 38, 76, 152 and 304 millimeters high and the width was kept constant equal to 38 millimeters. To characterize the concrete compression strength, 100x200 millimeters cylinders were molded at the IPRJ and tested at the UERJ civil engineering laboratory in the city of Rio de Janeiro. The tested concretes presented a medium compressive strength of 70 MPa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A evolução dos concretos utilizados nas últimas décadas deu origem ao Concreto de Alto Desempenho (CAD), que tem, entre suas características, alta resistência à compressão e baixa permeabilidade. Com o desenvolvimento dos produtos químicos utilizados na construção civil, em especial os superplastificantes e superfluidificantes, a utilização desse tipo de concreto tornou-se cada vez mais freqüente pela possibilidade de se obter uma mistura suficientemente trabalhável utilizando-se fatores água/cimento menores do que 0,35. Devido à sua microestrutura mais homogênea, esse tipo de concreto apresenta um comportamento mais frágil do que os concretos convencionais, exigindo uma melhor caracterização do material. A partir do final da década de 70 começou-se a aplicar os conceitos da Mecânica da Fratura para análise do comportamento de estruturas construídas com esse tipo de concreto. Como em algumas situações a resistência nominal de peças de concreto diminui com o aumento de suas dimensões, houve a necessidade de se considerar o efeito de escala das estruturas a fim de se obter níveis de segurança mais adequados no seu dimensionamento, o que justificou a utilização da Mecânica da Fratura. Neste trabalho a energia de fraturamento foi obtida experimentalmente pelo método do trabalho de fraturamento e pelo método do efeito de escala, por meio de ensaios estáveis de flexão de três pontos em amostras de concreto de alto desempenho com entalhe. Foi também desenvolvida a simulação numérica de uma viga com entalhe, analisada pelo método dos elementos finitos e empregando-se na modelagem constitutiva os conceitos da Mecânica da Fratura aplicada ao concreto. As vigas foram moldadas e ensaiadas no Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) na cidade de Nova Friburgo. Os ensaios foram realizados com controle de deslocamento da célula de carga. Foram ensaiadas três séries de 12 vigas, com quatro dimensões diferentes, geometricamente proporcionais, e três amostras para cada dimensão, totalizando 36 vigas. As alturas utilizadas para as vigas foram 38, 76, 152 e 304 mm, e sua espessura foi mantida constante igual a 38 mm. Os corpos de prova cilíndricos, para caracterização da resistência à compressão do concreto, foram moldados no IPRJ e rompidos no laboratório de engenharia civil da UERJ, na cidade do Rio de Janeiro. Os concretos utilizados apresentaram resistência à compressão média de 70 MPa. / The evolution of the concrete mixes used during the last decades gave birth to the High Performance Concrete (HPC), which, among its main characteristics, presents high strength and low permeability. With the development of chemical products used in civil engineering constructions, mainly the superplasticizers, the use of this kind of concrete has become more and more frequent due to the possibility of obtaining a workable mixture with a water/cement ratio lower than 0.35. Due to its more homogeneous microstructure, the HPC presents a more fragile behavior than the conventional concrete, demanding a better characterization of the material. At the end of the 1970s, concepts of the Fracture Mechanics started to be used for the analysis of the structural behavior of concrete structures. As the nominal stress of the material decreases as the size of the structure increases, it became necessary to consider this size effect in the analysis in order to obtain more suitable levels of security. This fact justifies the use of the Fracture Mechanics in the structural analysis of concrete structures. In this work, the fracture energy was experimentally obtained using the work-offracture method and the size effect method by performing three-point bend tests in HPC notched beams. It was also developed a numerical simulation of the tests, performing the analysis through the Finite Element Method and applying the concepts of the Fracture Mechanics of Concrete into the constitutive model. The notched beams were molded and tested at the Polytechnic Institute of the State University of Rio de Janeiro (IPRJ/UERJ), located in the city of Nova Friburgo. The tests were controlled by the vertical displacement of the load cell. Three series of twelve beams with four geometrically similar sizes were tested. Three samples for each size were cast, making an amount of 36 beams. The beams were 38, 76, 152 and 304 millimeters high and the width was kept constant equal to 38 millimeters. To characterize the concrete compression strength, 100x200 millimeters cylinders were molded at the IPRJ and tested at the UERJ civil engineering laboratory in the city of Rio de Janeiro. The tested concretes presented a medium compressive strength of 70 MPa.