O estudo dos mecanismos de fadiga por contato tem grande relevância para o estudo dos componentes mecânicos que estão sujeitos ao desgaste. O desgaste é um tipo de falha que ocorre na maioria dos componentes que trabalham em contato. Atualmente para prever o desgaste são utilizados métodos experimentais que permitem ajustar curvas semi-empíricas, ou seja, o resultado depende de vários testes que além de caros são demorados. Com o aumento da competitividade na indústria, o tempo se tornou artigo de luxo e com isso o aprimoramento dos modelos de cálculo e das simulações numéricas são muito bem justificados. O estudo aprofundado do mecanismo de fratura por contato sem dúvida pode dar subsídios para um melhor projeto do componente mecânico e assim conseguir predizer com maior precisão quando a falha por desgaste ocorrerá e assim evitar falhas catastróficas e paradas de máquinas não programadas gerando grandes prejuízos e também risco de vidas humanas Este estudo apresenta um modelo numérico utilizando o método dos elementos finitos computacional para a simulação do spalling em componentes mecânicos sujeitos à fadiga de contato. O modelo foi simplificado para duas dimensões e foi considerado estado plano de deformações. Este estudo apresenta uma aproximação na aplicação dos conceitos da Mecânica da Fratura para estimar a vida de componentes mecânicos. O resultado do modelo numérico é confrontado qualitativamente com resultados práticos. A geometria dos pits assim como as relações entre o Fator de intensidade de tensões e o tamanho da trinca é apresentado.

Neste trabalho apresenta-se a implementação da matriz de amortecimento viscoelástica para um programa computacional de análise de cascas laminadas de materiais compósitos. A formulação apresentada permite realizar análises dinâmicas de estruturas laminadas com a consideração do efeito do amortecimento para dois modelos diferentes: Kelvin e Zener. A matriz de amortecimento foi implementada de duas formas: proporcional à massa ou proporcional à rigidez. A equação do movimento do sistema dinâmico foi resolvida utilizando-se o método de Newmark para integração direta. Para o modelo Zener foi desenvolvida uma análise para um elemento com 1 grau de liberdade. Apresentam-se exemplos de aplicações da formulação para modelos viscosos, implementadas no programa de elementos finitos, submetidos a diferentes tipos de carregamentos, como carga distribuída e cargas de impacto com diferentes tipos de excitações. Comparações entre o comportamento dos modelos Kelvin e Zener foram realizadas para validar os resultados obtidos.

Neste trabalho implementou-se o elemento hexaédrico com um ponto de integração para análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados com ou sem enrijecedores. O elemento está livre de travamento volumétrico e travamento de cisalhamento, não apresentando modos espúrios. São também incluídos problemas com não-linearidade geométrica A matriz de rigidez e de massa são dadas de forma explícita, reduzindo o tempo computacional, especialmente na análise não-linear. Para evitar o travamento de cisalhamento as componentes de deformações são referidas a um sistema co-rotacional. O travamento volumétrico é também eliminado, já que a parte dilatacional (esférica) da matriz gradiente é avaliada apenas no ponto central do elemento. Para a solução das equações de equilíbrio na análise estática, utilizam-se um método direto baseado na eliminação de Gauss ou um método iterativo de gradientes conjugados com precondicionamento executado através da eliminação incompleta de Choleski. Para a análise dinâmica, as equações de equilíbrio são integradas através do método explícito ou implícito de Taylor-Galerkin ou do método implícito de Newmark. Para análise não-linear utiliza-se o Método Generalizado de Controle dos Deslocamentos. Através de exemplos numéricos demonstra-se a eficiência e o potencial do elemento tridimensional na análise linear e não-linear de placas e cascas de materiais laminados. Os resultados são comparados com trabalhos que utilizam diferentes elementos de placas e cascas.

Este trabalho objetiva o desenvolvimento e a implementação computacional de aproximações Galerkin mínimos-quadrados (GLS) para escoamentos não Newtonianos inelásticos utilizando os modelos de Líquido Newtoniano Generalizado (GNL) e Fluido Quasi- Newtoniano sensível ao tipo de escoamento. Apesar de escoamentos de fluidos não Newtonianos serem cruciais em problemas de engenharia, eles representam, ainda hoje, um assunto em aberto, devido à dificuldade de se criar um modelo matemático para o comportamento não-linear das funções materiais medidas em laboratório e também à complexidade do problema gerado quando da aproximação dos modelos mecânicos disponíveis por métodos numéricos usuais. As equações clássicas de GNL possuem funções de viscosidade capazes de prever comportamentos pseudoplástico, viscoplástico ou dilatante, representado ajustes de curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de cisalhamento em escoamentos viscométricos. Os modelos sensíveis ao tipo de escoamento são capazes de representar o comportamento diferenciado em regiões de cisalhamento e extensão, utilizando um parâmetro cinemático de classificação de escoamentos e curvas de escoamento em regimes viscométrico e extensional. As formulações multi-campos em tensão extra, pressão e velocidade (τ-p-u), ou ainda com a taxa de deformação como variável primal, são alternativas para a aproximação numérica de escoamentos não Newtonianos que possuem diversas vantagens. Elas tornam desnecessário o pós-processamento do campo de velocidade para a obtenção dos campos de tensão, representando uma aproximação mais precisa especialmente para elementos de baixa ordem, desejáveis do ponto de vista computacional. Além disso, permitem a intuitiva extensão para a implementação de modelos viscoelásticos diferenciais. No entanto, a compatibilização dos sub-espaços funcionais das variáveis é uma dificuldade na implementação numérica, além das instabilidades numéricas intrínsecas aos operadores advectivos dos modelos. Como forma de superar essas dificuldades, uma estratégia de estabilização do tipo GLS é utilizada, a fim de permitir a implementação numérica das formulações em estudo, gerando a estabilidade necessária para várias combinações de subespaços funcionais. É apresentado um estudo dos princípios da Mecânica do Contínuo, de teoria constitutiva, e do método de elementos finitos, com ênfase nos métodos estabilizados do tipo GLS para formulações u-p, τ-p-u e D-p-u. São apresentados resultados numéricos validando o código computacional desenvolvido, e também investigando escoamentos de fluidos Newtonianos, viscoplásticos, pseudoplásticos e quasi-Newtonianos em geometrias como cavidades e contrações. O método se mostra estável e os resultados fisicamente realistas. No entanto, o modelo sensível ao tipo de escoamento demonstra sérios problemas de convergência nos casos nos quais a não-linearidade material é acentuada. / This work aims the development and computational implementation of Galerkin leastsquares (GLS) approximations for non Newtonian purely viscous flows employing Generalized Newtonian Liquid (GNL) and Quasi-Newtonian flow type sensitive models. Despite non Newtonian flows are crucial in many problems in engineering, they represent an open subject, due to the difficulty of building a mathematical model for the non-linear behavior of material functions obtained experimentally, and also due to the complexity of the problem generated by the approximation of the available mechanical models via usual numerical methods. In the classical GNL equations there are viscosity functions that are able to predict pseudoplastic, viscoplastic and dilatant behavior, representing the curve fitting of shear stress versus shear rate in viscometric flows. The flow type sensitive models are able to predict the different behavior in regions of shearing and extension, employing a kinematic parameter to classify the flows and the flow curves in viscometric and extensional flows. Multi-field formulations in extra-stress, pressure and velocity (τ-p-u), or even with the strain rate as a primal variable, are alternatives to the numerical approximation of non Newtonian flows that possess many advantages. They render unnecessary the post-processing of the velocity field to obtain the stress fields, representing a more accurate for low-order elements, eligible from the numerical standpoint. Besides, they allow the intuitive extension for the implementation of viscoelastic differential models. However, the compatibilization of functional sub-spaces of the variables is a difficulty in the numerical implementation, besides the numerical instability intrinsic to the advective operators in the models. As a path to come over these difficulties, a stabilization strategy of GLS type is employed, so as to allow the numerical implementation of the formulations, achieving the necessary stability for various combinations of functional sub-spaces. A study of the principles of Continuum Mechanics, constitutive theory and the finite element method is presented, with emphasis in the GLS methods for u-p, τ-p-u and D-p-u formulations. Numerical results are presented, validating the computational code developed, and investigating flows of Newtonian, viscoplastic, pseudoplastic and quasi-Newtonian fluids different geometry, as cavities and contractions. The methods are noticeable stable and physically comprehensive. Although, the flow type sensitive model shows serious convergence problems in the cases when the nonlinearity is too pronounced.

Componentes tubulares de parede fina têm aplicações em diversas áreas industriais, na forma de trocadores de calor, amortecedores de impacto, sistemas de fixação, absorvedores de energia, pré-formas para outros processos de conformação mecânica, etc. Neste trabalho é realizado um estudo de natureza teórico-experimental envolvendo os processos de expansão, redução e inversão de extremidades de tubos. Busca-se determinar os parâmetros que governam cada um deles, as limitações dos mesmos e se a conformação em matriz pode ser uma alternativa viável a processos mais complexos. Inicialmente é feito um resumo do estado atual do conhecimento na área de processos de acabamento de extremidade de tubos e uma breve descrição dos processos a serem estudados. A seguir são apresentados os fundamentos teóricos envolvidos no estudo de operações de deformação plástica, da teoria da plasticidade e do método de elementos finitos aplicado a deformação plástica, bem como dos principais modelos teóricos para previsão de instabilidade e fratura. É feita a caracterização do material a ser empregado (liga de alumínio 6061) através do levantamento de curvas de escoamento, perfis de microdureza Vickers e deformabilidade. Na última parte do trabalho são conduzidas simulações através de elementos finitos e experimentos dos processos de inversão, redução e expansão. São variadas características geométricas das ferramentas e o estado do material (diferentes tratamentos térmicos). Demonstra-se ao final a utilidade de diagramas de deformabilidade dos processos no desenvolvimento dos mesmos. / Thin-walled tubular parts have applications in several industrial areas, as heat exchangers, shock absorbers, preforms to other metal forming processes, etc. In this work is carried out an experimental and theoretical study involving the tube end expansion, reduction and inversion processes using a die. The parameters that govern each process are investigated. A brief description of each process, a summary of the state of art and the theoretical backgroud of the theory of the plasticity and the method of finite elements applied the plastic deformation are presented. The main theoretical models of tube instability and damage are presented too. The material employed in the experimental tests is an ABNT6061 Aluminium alloy. The stress–strain curve is obtained by means of compression tests carried out at room temperature. The tribological conditions at the contact interface between the tube and the tools are estimated by means of ring compression tests and conical-tube tests. The formability (instability and damage limits) characterization of tube is also carried out. In the investigaton on the tube end forming proceses the emphasis is focused on understanding of modes of deformation and on establishing formability diagrams for the benefit of those who design tubular parts in daily practice The theoretical investigation is accomplished by the utilisation of virtual prototyping modelling techniques based on the finite element method and the experimental work is mainly utilized for supporting and validating the theoretical investigation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-07-22T16:15:47Z No. of bitstreams: 1 2016_MarceloOppermann.pdf: 20541680 bytes, checksum: c528aab668bc069a9c7807708813a05e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-07-29T12:27:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MarceloOppermann.pdf: 20541680 bytes, checksum: c528aab668bc069a9c7807708813a05e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-29T12:27:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MarceloOppermann.pdf: 20541680 bytes, checksum: c528aab668bc069a9c7807708813a05e (MD5) / Os Parafusos Pediculares (PP) estão entre os implantes mais utilizados na ortopedia/neurocirurgia. Este assemelha-se a um parafuso comum, mas com particularidades específicas para o local onde será implantado. Macroscopicamente o osso vertebral contém estruturas que determinam sua característica funcional e duas são mais importantes, na relação com os PP, o pedículo e o corpo vertebral. O pedículo, microscopicamente, é formado por um tecido ósseo mais rígido capaz de aguentar maior carga, já o corpo vertebral, diferentemente, contém uma estrutura mais frágil, e são denominados, respectivamente, de osso cortical e trabecular. Existem duas formas de avaliar a ação mecânica dos PP, através de estudos físicos e com Modelos de Elementos Finitos (MEF). Os MEF são cada vez mais utilizados na prática biomecânica, já que são facilmente modelados, sem necessidade de maquinário especial e muito menos, requerem comissão de ética para sua aprovação. Através da criação de uma malha, adiciona-se propriedades físicas que representem as características do parafuso e do osso, e simula-se cargas. Com isso, é possível avaliar o resultado, em termos de tensão, deslocamento e inferir falhas ao sistema. Aqui, se estudou 5 tipos de parafuso, que representassem a média dos implantes comercializáveis, com desenhos estruturais diferentes entre si. Estes foram inseridos em um cilindro com duas porções, representando o pedículo e o corpo vertebral e submetidos a tração (arrancamento), com uma força de 500N. O objetivo foi de avaliar a tensão nas interfaces osso-parafuso e deslocamento, em duas situações, uma com o modelo intacto, e outro com subtração da área cilíndrica, que representasse o pedículo. O modelo obedeceu o princípio de ser isotrópico e linear. O resultado, sob o prisma do deslocamento, mostrou que na média, os 5 parafusos tiveram uma perda de fixação da ordem de 47%, quando a porção pedicular foi removida e aplicada a carga. Ademais, no que tange a individualidade dos parafusos, houve uma diferença significativa entre os cinco tipos, variando de 21,9% até 92,2% no aumento do deslocamento, no modelo sem a região pedicular. Sob o ponto de vista tensão, nenhum parafuso, em ambos os cenários, obteve valores que alcançassem o ponto de tensão de escoamento do osso trabecular, ou ponto de ruptura definitiva. Aqui, mais uma vez, houve diferença significativa entre os 5 tipos de PP. Muitos PP obtiveram menor tensão quando da subtração pedicular. Este fato é explicado por ser o osso trabecular mais deformável (Módulo de Elasticidade menor), assim passível de gerar menor tensão para um mesmo deslocamento. Enfim, este trabalho conseguiu relatar que numa eventual necessidade de remoção dos pedículos vertebrais, os implantes existentes no mercado apresentam uma grande capacidade de falha, demonstrado por uma um aumento médio de quase 50% no deslocamento do PP, quando 500N de carga é aplicado sob forma de arrancamento. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The pedicle screws (PS) are currently the most widely used implants in orthopedics / neurosurgery. They resemble a common bolt, but with specific characteristics to fit into the bone. Macroscopically vertebral bone contains structures that determine their functional feature, but two are most important in relation to the PS, the pedicle and vertebral body. The pedicle microscopically, is formed with a rigid bone tissue, capable of withstanding greater load. The vertebral body, in contrast, contains a more brittle structure. They are named cortical and trabecular bone, respectively. There are two ways to evaluate the mechanical action of the PS, through physical studies and finite element models (FEM). FEM are increasingly used in the biomechanics practice, since they are easily modeled, without the need for special machinery, neither requires ethics committee for approval. By creating a mesh, added with physical properties, that represent the characteristics of the screw and the bone, they can simulate the loads existing in the screw-bone interface. With this, it makes possible to evaluate the results in terms of stress, displacement and interpreted as failure. Here, we studied 5 types of PS, which represent the average of marketable implants with different structural designs. These were inserted into a cylinder with two portions, representing the pedicle and vertebral body and put them to traction (pullout), with a force of 500N in order to evaluate the stress and the strain at the bone-screw interfaces between two situations, one with the intact model, and another with subtraction of the cylindrical area, represented by the pedicle. The model followed the principle to be isotropic and linear. The result, in the light of displacement, showed that on average, the 5 screws have a loss of 47% in fixation, when the pedicle portion was removed. Beside, regarding the individuality of the screws there was a significant difference among the five kinds, ranging from 21,9% to 92,2% increase in displacement, with and without the pedicle region. From the point of view of stress, no screw, in both scenarios, obtained values that reached the yield stress point of the trabecular bone, or point of final break. Here again, there was a significant difference between the five types of PS. Many PS obtained a lower stress when the pedicle was subtracted, a fact that was explained being the trabecular bone more deformable (lower elastic modulus) and likely to generate lower stress for the same displacement. In the end, this work was succeeded to report that if needed, the removal of the vertebral pedicles, the nowadays implants have a large fault capacity, shown by an average increase of almost 50% in the PS displacement, when load of 500N is applied in the form of pullout.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-01T18:07:46Z No. of bitstreams: 1 2016_EduardoLuisSouzadeAthaydeNunesFilho.pdf: 4945313 bytes, checksum: d0dc6d99f94f45f734fc3a411f93e4c0 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-10-03T22:20:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_EduardoLuisSouzadeAthaydeNunesFilho.pdf: 4945313 bytes, checksum: d0dc6d99f94f45f734fc3a411f93e4c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-03T22:20:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_EduardoLuisSouzadeAthaydeNunesFilho.pdf: 4945313 bytes, checksum: d0dc6d99f94f45f734fc3a411f93e4c0 (MD5) / Este trabalho apresenta uma análise das tensões e deformações observadas nos fios do cabo condutor de linhas de transmissão de energia elétrica, na vizinhança de grampos de suspensão. O estudo considera um cabo IBIS submetido a condições de pré carga (EDS), carga de aperto no grampo e carregamento vibratório tipicamente associado a forças do vento. As simulações numéricas adotaram condições de carregamento consideradas em análises experimentais. O problema se mostra complexo em diversos aspectos, incluindo: (i) deformações plásticas de grande amplitude, (ii) centenas de regiões de contato, mesmo em pequenos trechos do cabo, (iii) necessidade de refinamento elevado da malha em cada região de contato, que levam a desafios como a solução de problemas envolvendo milhões de equações não lineares e estratégias de simulação numérica que evitem simultaneamente o travamento e os modos espúrios de deformação. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work aims to present an analysis of stresses and strains observed on the threads of electric transmission line conductors, in the neighborhood of suspension clamps. The study focuses on the IBIS cable submitted to conditions of Every Day Stress (EDS), clamp load and bending loads associated to aeolian forces. The numerical simulations adopted loading conditions typically considered in experimental analyses. The problem exhibits many complex features, including: (i) large plastic strains, (ii) hundreds of contact regions, even in small portions of cable, (iii) the need of highly refined mesh in the neighborhood of each contact region, which lead to challenges as the solution of problems involving millions of nonlinear equations as well as strategies of numerical simulations which tackle simultaneously the locking and hourglass modes often present when isochoric strains are involved.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-12-08T14:55:26Z No. of bitstreams: 1 2016_LeonardoJoséGuimarãesRabelo.pdf: 16771182 bytes, checksum: 5d75bfb902df645a787f6ba19a7e4ed7 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-25T18:53:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_LeonardoJoséGuimarãesRabelo.pdf: 16771182 bytes, checksum: 5d75bfb902df645a787f6ba19a7e4ed7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-25T18:53:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_LeonardoJoséGuimarãesRabelo.pdf: 16771182 bytes, checksum: 5d75bfb902df645a787f6ba19a7e4ed7 (MD5) / Os carregamentos cíclicos oriundos das atividades rítmicas humanas podem causar vibrações excessivas nas estruturas que os recebem. As arquibancadas de estádios estão sujeitas a esses tipos de carregamentos e, às vezes, precisam ser adequadas para proporcionar um nível mínimo de conforto às pessoas que delas se utilizam. O presente trabalho apresenta propostas de atenuação das vibrações nas arquibancadas do Estádio Nacional de Brasília. O estudo é numérico, via Método dos Elementos Finitos, e objetiva a redução das acelerações da estrutura com o emprego de amortecedores de massa sintonizados (AMS) e amortecedores de massa sintonizados múltiplos (AMSM). Primeiramente é realizada uma análise em que a estrutura é submetida a diversos carregamentos dinâmicos que simulam as atividades do público nas arquibancadas. Para esta tarefa são utilizados distintos modelos de carga, variando a frequência dos saltos e a ocupação da torcida na estrutura. São calculadas as acelerações em quatro pontos distintos, que são escolhidos a partir dos maiores deslocamentos observados na análise modal. As vibrações são comparadas aos normativos e recomendações vigentes e então encontrada a situação mais crítica de carregamento. No geral a estrutura apresenta respostas aceitáveis em termos de vibrações, mostrando problemas em apenas um ponto. Para esse local é realizado um estudo de atenuação das acelerações, tendo como base o carregamento mais desfavorável. São examinadas diversas configurações de AMS e AMSM com o objetivo de encontrar o arranjo que apresente a redução de vibração a níveis aceitáveis, tendo como base a menor da massa dos amortecedores. Para o arranjo escolhido, realiza-se ainda a verificação da estrutura para as condições de carregamento menos desfavoráveis estudadas, com o intuito de se verificar a eficiência dos dispositivos de atenuação para as mais diversas situações de carga e, de fato, a inserção dos amortecedores reduz as acelerações a níveis aceitáveis em praticamente todos os casos, mostrando-se uma solução bastante eficiente. / The cyclic loading derived from human rhythmic activities can result in excessive vibrations in structures that receive them. The stands of stadiums are subject to these types of loads and, sometimes, must be adequate to provide a minimum level of comfort to the people who make use of them. This paper presents proposals to mitigate vibrations in the stands the Estádio Nacional de Brasilia. The study is numerical, conducted by the Finite Element Method, and aims to reduce the structure of the accelerations with the use of tuned mass dampers (TMD) and multiple tuned mass dampers (MTMD). First is done an analysis in which the structure is subjected to various dynamic loads that simulate the jumping crowds on the grandstands. For this task are used different load models, varying the frequency of the jumps and the crowd of occupation in the stands. Acceleration is calculated at four different points, which are chosen from the largest displacements in the observed modal analysis. The vibrations are compared to normative and current recommendations and then found the most critical situation of loading. Overall the structure has acceptable answers in terms of vibrations, showing problems at only one point. To this point a study of attenuation is performed, based on the most unfavorable loading. Various TMD and MTMD configurations are examined, in order to find the arrangement that present vibration reduction to acceptable levels, based on the lower mass damper. For the chosen arrangement, a structure check is performed for the less unfavorable loading conditions studied, in order to verify the effectiveness of mitigation devices for many different loads, and, in fact, the dampers reduces the acceleration to acceptable levels in almost all cases, being a very efficient solution.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-24T12:42:03Z No. of bitstreams: 1 2016_NaildedeAmorimCoelho.pdf: 11261362 bytes, checksum: ad8af393c321ece7ee7e0c7e6f074463 (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2017-03-22T16:26:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_NaildedeAmorimCoelho.pdf: 11261362 bytes, checksum: ad8af393c321ece7ee7e0c7e6f074463 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T16:26:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_NaildedeAmorimCoelho.pdf: 11261362 bytes, checksum: ad8af393c321ece7ee7e0c7e6f074463 (MD5) / A construção de barragens de gravidade foi um marco para o desenvolvimento de estudos e controle tecnológico do concreto massa. A curva de geração de calor, devido ao calor de hidratação do concreto massa, é obtida experimentalmente, e seu ajuste pode ser feito pela função Hill. As restrições impostas às estruturas em conjunto com as variações térmicas podem gerar as fissuras de origem térmica, que, dependendo das proporções geométricas do corpo, se propagam até à superfície. A fim de evitar a deterioração das estruturas, algumas medidas de redução da temperatura devem ser tomadas. No entanto, é importante verificar o processo construtivo antes do início da execução das obras. O Método dos Elementos Finitos - MEF é uma alternativa para a simulação numérica dos problemas reais. Diante disso, este trabalho buscou analisar a construção de estruturas de concreto massa, abrangendo as metodologias aplicadas para a redução do gradiente térmico via MEF, como a construção em camadas. Porém, antes de utilizar o programa escolhido, o ANSYS, foram feitas validações com o Método das Diferenças Finitas - MDF e soluções analíticas para garantir o correto domínio da ferramenta. Após obterem-se a curvas de temperatura transiente, foram examinadas as tensões em alguns pontos da estrutura analiticamente, com o auxílio do MATLAB. Foram aplicadas as curvas de fluência do American Concrete Institute - ACI, European Committee for Concrete - CEB, United States Department of the Interior Bureau of Reclamation - USBR e Bazant-Panula. Todas se mostraram eficientes no cálculo de tensões. Posteriormente, analisou-se a influência da geometria dos corpos, verificando hipóteses da construção em camadas, da presença de furos com temperatura reduzida dentro de uma estrutura. Por fim, foi modelada a construção de uma barragem de gravidade hipotética levando-se em consideração todos os resultados simulados nas fases anteriores. / The construction of gravity dams was a landmark for the development of studies and mass concrete technology control. The heat generation curve, due to the heat of hydration of the mass concrete is obtained experimentally, and its fit can be done by the Hill function. The constraints imposed on the structures associated with thermal variations can generate the thermal origin cracks, which, depending on the geometric proportions of the body can propagate to the surface. In order to avoid structures deterioration, some measures of temperature reduction must be taken. However, it is important to check the construction process before the start of the construction. The Finite Element Method - FEM is an alternative for numerical simulation of real problems. Therefore, this thesis sought to analyze the construction of mass concrete structures, covering the methodologies applied for thermal gradient reduction by FEM, such as layered construction. However, before using the program chosen (ANSYS), validations were made with the Finite Difference Method - FDM and analytical solutions to ensure the correct mastery of the tool. After obtaining transient temperature curves, tensions at some points of the structure were examined analytically using MATLAB. The creep curves of the American Concrete Institute - ACI, European Committee for Concrete - CEB, United States Department of the Interior Bureau of Reclamation - USBR and Bazant-Panula were applied, and all were efficient in tension calculation. Afterwards, the influence of the geometry of the bodies was analyzed, verifying hypotheses of the construction in layers, presence of holes with reduced temperature inside the structure. Finally, it was modeled the construction of a gravity dam taking into account all the simulated results in previous phases.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2013. / Submitted by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2015-10-20T10:15:07Z No. of bitstreams: 1 2013_OsvaldodeFreitasNeto.pdf: 14610634 bytes, checksum: 4db0282f26ac89370a4769459f727f97 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2015-10-20T10:31:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_OsvaldodeFreitasNeto.pdf: 14610634 bytes, checksum: 4db0282f26ac89370a4769459f727f97 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-20T10:31:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_OsvaldodeFreitasNeto.pdf: 14610634 bytes, checksum: 4db0282f26ac89370a4769459f727f97 (MD5) / A compreensão de um sistema de fundação à luz da interação solo-estrutura tem recebido atenção especial dos pesquisadores, principalmente por suas aplicações e caráter práticos. As metodologias de cálculo de fundações em radier estaqueado são mais complexas, uma vez que não há simplificação na consideração das variáveis de interação entre o radier, as estacas e o solo, simultaneamente. Além das variáveis de interação, previstas nas respectivas metodologias de cálculo, nesta pesquisa, avaliou-se o comportamento de radiers estaqueados sujeitos à presença de estacas defeituosas carregados verticalmente. Pode-se denominar o defeito em uma estaca como uma “variável oculta” do ponto de vista analítico, visto que não é considerada nas equações, formulações e metodologias, pois, no contexto geral, surgem em casos fortuitos ou pela própria negligência no controle executivo. O desenvolvimento contou com a realização de ensaios laboratoriais, análises numéricas e por fim a etapa realizada no Campo Experimental da FEC-UNICAMP. Em campo foram realizadas três provas de carga configuradas da seguinte forma: (a) um radier assentado sobre uma estaca defeituosa (CD1); (b) um radier com duas estacas íntegras e uma defeituosa (CD3); e (c) um radier com três estacas íntegras e uma defeituosa (CD4). As estacas executadas no campo experimental tiveram 0,25 metros de diâmetro e 5 metros de comprimento, todas instrumentadas no topo e na ponta, e com espaçamento entre eixos equivalente a 5 diâmetros. A região danificada da estaca mediu 0,60 metros e está posicionada entre 1,90 metros e 2,50 metros abaixo da cota de arrasamento dos respectivos radiers. Notou-se, conforme previsto que quando submetidas aos primeiros incrementos de carregamento, durante as provas de carga, a região defeituosa foi mobilizada com uma carga tal, que conduziu a mesma a ruptura estrutural. Para definir a carga sob a qual a estaca defeituosa deveria romper estruturalmente, foram inicialmente realizadas análises com a ferramenta numérica LCPC-CESAR (versão 4.0), que é baseada no método dos elementos finitos. Durante as provas de carga, observou-se que após a ruptura estrutural da estaca defeituosa, devido ao recalque diferencial no radier, houve alívio das cargas aplicadas sobre as estacas íntegras, quando as estacas foram submetidas à tração, de modo que os radiers passaram absorver a maior parte da carga total aplicada. Foram determinados para cada um dos radiers fatores de segurança global e parciais, assim como os valores de distorção angular. Foram realizadas para todos os radiers estaqueados ensaiados nesta tese e mediante os resultados obtidos nas três etapas (laboratório, numérica e campo), pode-se concluir que os mesmos foram satisfatórios e apresentaram significativa concordância entre si, dando a entender melhor o comportamento deste complexo sistema de fundação. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The understanding of a foundation system in the light of the soil-structure interaction has received special attention from researchers, mostly for its practical applications and nature. The methods of calculating piled raft foundations usually come forward in a complex way, since there is no simplification in the consideration of the variables that simultaneously interact the raft, the piles and the soil. In addition to the interaction variables, anticipated by the respective calculation methodologies, this research aims to assess the behavior of piled rafts subject to the presence of defective piles. In the analytical point of view, one can name the defect in a pile as a “hidden variable”, since it is not considered in equations, formulations and methodologies because, in the general, it arises in fortuitous cases or even by negligence during executive control. The development of this work has been conducted by laboratory testing, numerical analyses and ultimately by the step performed in the experimental field of FEC-UNICAMP. In the field experiment phase, three load tests configured as follows have been carried out: (a) a raft supported on a defective pile (CD1), (b) a raft on two intact piles and a defective one (CD3), and (c) a raft on three intact piles and a defective one (CD4). Each pile in the experimental field is 0.25 m in diameter and 5 m in length, all instrumented at the top and tip, with spacing between shafts corresponding to 5 diameters. The damaged region of the pile measures 0.60 m long and is positioned between 1.90 m and 2.50 m below the cut-off level. When subjected to the first load increments during the load tests, the defective region is expected to mobilize with a load such that it leads to the same structural rupture. To set the rupture load of the pile, analyses have been initially performed with the LCPC-CESAR (version 4.0) numerical tool, which has the finite element method as solution. During the load tests, it was observed that after the rupture of the defective pile due to differential settling in the raft, there was a relief of load applied on the intact piles. Since then they have been subjected to traction, so the raft became responsible for absorbing most of the total load applied. As for the numerical analyses, they have been complemented and carried out for all rafts tested in this thesis. From the results obtained in the laboratory, numerical and field investigations, it can be concluded that they have been satisfactory and showed a significant correlation.