Grandes esforços vêm sendo realizados atualmente com o objetivo de diagnosticar vibrações em estruturas e equipamentos, para máquinas rotativas se requer atenção ainda maior, pois correm o risco de se auto excitarem. Este trabalho tem por objetivo expor uma metodologia em dinâmica de rotores para diminuição da amplitude da resposta no domínio da frequência. Com essa finalidade, o rotor utiliza uma discretização de elementos finitos de viga de Timoshenko com funções da classe C0. A programação é implementada no programa acadêmico Meflab desenvolvida na plataforma do software MATLAB®, e no software ANSYS® Workbench para algumas validações. Os resultados numéricos são comparados com os resultados do modelo de literatura. A implementação da otimização se dá com o uso do toolbox de algoritmos genéticos existente no software MATLAB®, onde os parâmetros do algoritmo de otimização são escolhidos como sendo os diâmetros da seção transversal de cada elemento finito. A função objetivo escolhida está associada à diminuição da resposta no domínio da frequência para excitações do tipo desbalanceamento ou a evitar o posicionamento de alguma velocidade crítica dentro de um intervalo de frequências predeterminado. As restrições do problema encontram-se associadas às dimensões máximas e mínimas das seções transversais dos elementos do eixo. Em geral, para a rotação onde se requeria a diminuição da amplitude da resposta no domínio da frequência, havia uma tendência das antirressonâncias mais próximas se deslocarem para o ponto requerido. / Great efforts are been made recently in order to diagnose vibrations in structures and equipments. Rotary machines require even greater attention, for they carry the risk of auto-excitation. This paper has as an objective the exposition a rotor dynamics methodology to minimize the response amplitude in the frequency domain. With this goal, the rotor is discretized using finite Timoshenko Beams elements, with C0 class functions. The programming is implemented in the academic software Meflab, coded in the MATLAB® platform, and in the software ANSYS® Workbench to validate some results. The numerical results are compared with the results from literature model. The optimization is made utilizing the genetic algorithms toolbox existing in the MATLAB® software, where the optimization algorithms parameters are chosen as being the transverse section diameters of each finite element. The objective function chosen is associated with the response minimization in the frequency domain for unbalanced type excitations or to avoid the existence of a critical velocity within a predetermined frequency range. The problem restrictions are associated to maximum and minimum transverse section dimensions of the axis elements, as well as its total volume variation. In general, for the rotation where the frequency domain amplitude response minimization was required, there was a tendency for the closest anti-resonances to shift themselves to the required point.

Com a crescente necessidade de projetos cada vez mais econômicos, bem como a valorização dos terrenos nos grandes centros urbanos, que leva a conseqüente necessidade de aumentar o aproveitamento destes, e com o desenvolvimento das técnicas construtivas e dos processos de análise estrutural, as edificações tornaram-se mais altas, leves, flexíveis, menos amortecidas, e, portanto, mais susceptíveis a problemas de vibrações, inclusive as induzidas pela ação do vento. Nessa situação, o amortecimento natural da edificação pode tornar-se insuficiente para reduzir os movimentos causados pela ação do vento, o que pode gerar desconforto aos usuários, quebra de vidros e até mesmo danos à estrutura. Para se atingir a redução destes deslocamentos, em alguns casos, requer-se um suplemento adicional de amortecimento, para evitar tais movimentações excessivas. Tal suplemento de amortecimento é alcançado pela instalação de um sistema de dissipação de energia na edificação. Os atenuadores dinâmicos sintonizados constituem-se em um destes sistemas de dissipação de energia, sendo utilizados para aumentar o amortecimento geral do sistema estrutural. Foram realizados testes com um modelo do edifício alto padrão “CAARC Standard Tall Building”, primeiramente sem nenhum atenuador e após com dois tipos de atenuadores com características diferentes instalados no modelo. No trabalho são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios, realizados no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os atenuadores dinâmicos sintonizados (amortecedores de massa) mostraram-se eficazes na redução das vibrações transversais por desprendimento de vórtices, validando o túnel de vento como ferramenta de projeto para a prevenção e controle de fenômenos associados às vibrações induzidas pelo vento. / With the increasing need of more economic buildings, as well as the great valorization of the terrains in the center of big cities, which leads to a consequent need to improve the utilization of this terrains, and with the development of the construction techniques and of the structural analysis process, the buildings have become higher, lighter, more flexible and less damped, and, therefore, more susceptible to problems of vibrations, such as those induced by wind action. On this new situation, the natural damping of the building could become insufficient to reduce the motion caused by wind action, which can lead to discomfort to the users, break of glasses and even damage to the structure. In order to obtain a reduction on this displacements, in some cases, an additional supply of damping is needed, to avoid this excessive movements. This supply of damping is obtained by the installation of an energy dissipation system on the building. The tuned mass dampers constitute on one of this systems of energy dissipation, being used to improve the overall damping of the structural system. Tests with a model of the “CAARC Standard Tall Building” were conduced, first with no damper attached to it, and then with two different types of tuned mass dampers installed on the model in each time. The results obtained with these tests, conduced on the Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, at the Universidade Federal do Rio Grande do Sul are presented and discussed. In the tests, the tuned mass dampers have shown good efficiency in the reduction of the transversal vibration caused by vortex shedding, which validates the wind tunnel as a design tool for the control and prevention of the phenomena of wind-induced vibrations.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação computacional de técnicas de otimização de topologia para problemas governados pela equação de Poisson. O método numérico utilizado para solução numérica das equações foi o método dos elementos de contorno (MEC). Para tanto, três metodologias foram desenvolvidas. A primeira é direcionada à aplicação de algoritmos genéticos (AG) para investigar como um domínio inicialmente preenchido com cavidades aleatórias evolui durante um processo de otimização e verificar a possibilidade de se extrair topologias ótimas a partir da interpretação da solução encontrada. Os contornos externos permanecem fixos enquanto as posições e as dimensões das cavidades são otimizadas com o objetivo extremizar uma função custo especificada. O desempenho do algoritmo proposto é ilustrada com uma série de exemplos e os resultados são discutidos. A segunda metodologia apresenta um algoritmo numérico para otimização topológica baseado na avaliação da derivada topológica (DT), adotando a energia potencial total como função custo. Este procedimento é uma alternativa às tradicionais técnicas de otimização, evitando assim soluções de projeto com densidade de material intermediária. Sólidos com comportamento anisotrópico são estudados sob condições de contorno de Robin, Neumann e Dirichlet. Uma transformação linear de coordenadas é utilizada para mapear o problema original e suas condições de contorno para um novo domínio equivalente isotrópico, onde o procedimento de otimização é aplicado. A solução otimizada é então transformada de volta ao domínio original. A metodologia proposta mostrou-se particularmente atrativa para resolver esta classe de problemas já que o MEC dispensa o uso de malha no domínio, reduzindo significantemente o custo computacional. Na última parte deste trabalho foi implementada uma formulação de sensibilidade topológica para problemas de otimização de transferência de calor e massa simultâneos. Como as sensibilidades para cada equação diferencial são diferentes, utiliza-se um coeficiente de ponderação para compor a sensibilidade do problema acoplado. Isto permite a imposição de distintos fatores para cada problema, de acordo com uma prioridade especificada. Diversos exemplos são apresentados e seus resultados comparados com os da literatura, quando disponíveis, a fim de validar as formulações propostas. / This work presents the computational development and implementation of topology optimization techniques for problems governed by the Poisson equation. The boundary element method was the numerical technique chosen to solve the equations. Three different methodologies were developed aiming this objective. The first methodology is directed to the application of genetic algorithms to investigate how a domain previously populated with randomly placed cavities evolves during the optimization process, and to verify the resemblance of the final solution with a optimal design. The external boundaries remain fixed during the process, while the location and dimension of the cavities are optimized in order to extremize a given cost function. The performance of the proposed algorithm is verified with a number of examples and the results are discussed. The second methodology presents a numerical algorithm for topology optimization based on the evaluation of topological derivatives, using the total potential energy as the cost function. This procedure is an alternative to the traditional optimization techniques, avoiding design solutions containing intermediary material densities. Solids with anisotropic constitutive behavior are studied under Robin, Neumann and Dirichlet boundary conditions. A linear coordinate transformation approach is used to map the original problem into an isotropic one, where the optimization is carried out. The final solution is then mapped back to the original coordinate system. The proposed method was found to be an attractive way to solve this class of problems, since no interior mesh is necessary, which reduces significantly the computational cost of the analysis. In the last part of the present work the topological derivative approach was further developed to deal with the optimization of problems under simultaneous heat and mass transfer. Since the sensitivities for each differential equation are different, a weighting factor was used to evaluate the final sensitivities of the coupled problem. This allows the imposition of different priorities for each problem Several examples are presented and their results are compared with the literature, when available, in order to validate the proposed formulations.

A resistência e a rigidez de materiais compósitos variam consideravelmente devido a mudanças no tipo de material, espessura das camadas, ângulo de orientação das fibras e seqüência das lâminas. O projeto de uma estrutura ótima pode ser obtido dada uma determinada condição de carga. Vários métodos de otimização determinísticos foram desenvolvidos para tratar esse problema. Algumas vezes a orientação ótima das fibras muda quando as condições de carga variam e o desempenho da estrutura é altamente afetado pelas variáveis de projeto e condições de carregamento. Dessa forma, a otimização deste tipo de estrutura utilizando a confiabilidade como restrição é um importante problema a ser tratado. Este trabalho trata do problema da otimização de estruturas de materiais compósitos laminados com restrição de confiabilidade utilizando algoritmos genéticos e redes neurais. A análise da estrutura é feita via elementos finitos e as tensões na direção dos eixos principais de cada lâmina são utilizadas para o cálculo do índice de confiabilidade da estrutura, sendo a função de estado limite o critério de Tsai-Wu para falha de materiais compósitos laminados. A análise de confiabilidade é feita através de um dos seguintes métodos: FORM com um ponto de linearização, FORM para sistemas em série, Monte Carlo Direto e Monte Carlo com Amostragem por Importância. O processo de otimização via Algoritmos Genéticos (com suas fases de geração, seleção e cruzamento dos indivíduos da população), é usado em conjunto com os métodos de determinação do índice de confiabilidade e análises por elementos finitos. Isto gera um alto custo computacional, o qual é contornado utilizando-se Redes Neurais do tipo Perceptron e Base Radial, treinadas para substituir a análise via elementos finitos, diminuindo consideravelmente o tempo de processamento. É mostrado por meio de diversos exemplos que esta metodologia pode ser usada sem perda de precisão e com economia de tempo de processamento até mesmo em exemplos fortemente não lineares. / Strength and stiffness of composite materials vary considerable due to changes in the material to be used, the thickness of each layer, the fiber orientation angles and the stacking sequence. The optimum structural design may be obtained for a specific load condition. Several optimization criteria were been developed to treat that problem. Sometimes the optimal fiber orientation angles are highly dependent on the load conditions and the structural performance is also influenced by the design variables and acting loads. Thus, structural optimization using a reliability index as a constraint is an important problem to be analyzed. This work deals with the problem of reliability based optimization of laminated composite structures, using genetic algorithms and neural networks. The analysis of the structure is carried out by finite elements and the stress in the direction of the principal axes of each lamina are used to the calculation of the reliability index of the structure, where the limit state function is the Tsai-Wu criterion assuming first ply failure. The reliability analyses are accomplished through one of the following methods: FORM with one linearization point, FORM for in-series systems, Direct Monte Carlo and Monte Carlo with Importance Sampling. The optimization process through Genetic Algorithms (with its phases of generation, selection and crossover of the individuals of the population), is used jointly with the reliability evaluation methods and analysis by finite elements. This leads to high computational costs, which are overcome using trained Neural Networks of the type Perceptron and Radial Base to substitute the analysis with finite elements, reducing considerably the processing time. Several examples are used to show that this methodology can be used without loss of accuracy and with large computational timesaving even for strongly non-linear problems.

Apresenta-se uma formulação de adaptação de malha para problemas com grandes deformações. A formulação Arbitrária Lagrangeana-Euleraina (ALE) permite manter a qualidade dos elementos finitos durante o processo de cálculo através de rearranjo ou movimento de malha independente do movimento material. Nas formulações Lagrangeanas a malha fica “colada” ao corpo durante toda a análise, logo quando este sofre grandes deformações diferenciais o mesmo se reproduz numa malha distorcida. A formulação ALE desacoplada consta de dois passos: O passo Lagrangeano onde são aplicados os incrementos de carga, a malha permanece “colada” à matéria durante a análise. E cada certo “tempo” o passo Euleriano onde “descola-se” a malha da matéria e efetua-se o movimento de malha que se ajusta melhor ao corpo deformado. São apresentados assim métodos de realocação da malha e transferência ou atualização das variáveis necessárias para, depois do passo Euleriano, continuar a análise com a nova malha sem grandes distorções dos elementos. Os problemas de grandes deformações e deslocamentos são acompanhados de não linearidades físicas e geométricas, assim, são abordados os métodos para o tratamento destas não linearidades. Trabalha-se com o elemento hexaédrico tri-linear com integração reduzida e controle dos modos espúrios que tem demostrado um bom comportamento frente a grandes não linearidades geométricas assim como para as não linearidades físicas. A formulação ALE tem ganhando seu espaço na mecânica dos sólidos, em problemas de conformação mecânica e impacto, devido às grandes deformações e na última década está abrindo-se passo na área da geomecânica tratando problemas recalque e penetração de fundações em solos. / This work presents remeshing techniques for finite element simulation and investigates their performance for large deformation problems. Lagrangian formulation generally results in excessive mesh distortion owing to its attachment to the material. Meanwhile, the Lagrangian- Eulerian (ALE) formulation alouds to keep the finite element quality through the arbitrarily rearrangement or movement of the mesh, to optimize the element’s shape. The decoupled Arbitrary Lagrangian-Eulerian approach consists in a sequence of Lagrangian and Eulerian steps. The mesh is “coupled” to the material during the Lagrangian steps. From step to step, mesh is decoupled from the system material (Eulerian step), the nodes corresponding to free boundaries are relocated using an analytical approach, remeshing is performed and finally the state variables are remapped. Rearrangements methods for the element’s node are presented, as well as the variables remapping algorithms at the new quadrature points, in order to continue with the finite element analysis without altering the element topology of the original mesh. Special attention is given to methods dealing with geometric and physical nonlinearities. A trilinear hexahedral element is used with reduced integration and hourglass control. This combination has shown well behavior in front of large geometric and physical nonlinearities. ALE formulation field has considerably grown in geotechnical research, especially in impact and mechanical extrusion problems. Over the last decade, geomechanic is dealing with settlement problems and foundation penetration in soils.

A Mecânica do Dano Contínuo (MDC) teve importante desenvolvimento desde os trabalhos iniciais de Kachanov e Rabotnov sendo uma ferramenta prática para considerar processos de danificação em materiais e estruturas em nível de contínuo macroscópico. Neste trabalho, apresenta-se uma aplicação da teoria do dano anisotrópico baseada em teorias desenvolvidas a partir dos trabalhos de Murakami. Nas formulações apresentadas, o tensor de dano de quarta ordem M (que relaciona tensões aplicadas e tensões efetivas) é determinado com base no tensor Ω (densidade de área tridimensional devida ao dano) que, por sua vez, pode ser determinado com base em dados experimentais. São propostas três formulações teóricas que são transformadas em formulações incrementais e incorporadas em um programa computacional de elementos finitos (para placas e cascas laminadas em material compósito) que considera efeitos geométricos não-lineares. A primeira e segunda formulação são casos particulares da terceira formulação que é um modelo termodinâmico tridimensional. As forças termodinâmicas associadas à evolução do tensor de dano são deduzidas a partir da expressão da dissipação intrínseca. Um critério fenomenológico para o dano é proposto. Em consistência com a positividade da dissipação intrínseca é adotada uma regra de normalidade para a evolução da força termodinâmica. Também é proposta, baseada em dados experimentais, uma lei para o encruamento associada ao processo de dano. Os modelos são validados comparando resultados numéricos a soluções analíticas ou a resultados experimentais. A formulação viscoelástica é definida do dano elástico e por componentes viscoelásticas representadas no formato de variáveis de estado e, posteriormente, validadas através de resultados experimentais. / The Continuum Damage Mechanics (CDM) had important development since the initial works of Kachanov and Rabotnov and constitutes now a practical tool to account for macroscopic damage in materials and structures. In this work, an application of an anisotropic damage theory based in Murakami theory is presented. In the formulations presented here, the fourth order damage tensor M (that relates Cauchy stress and effective stress) is determined on the basis of the tensor Ω (damaged three-dimensional area density) that, can be determined through experimental data. The three theoretical formulations presented here are transformed into incremental formulations and implemented in a finite element program (for plates and shell structures in composite material) taking account of geometrically non-linear effects. The first and second formulations are particular cases of the third formularization that is a tridimensional model for continuous damage formulated. The thermodynamic force associated with the evolution of the damage tensor is deduced from the expression of the intrinsic dissipation. A phenomenological criterion for damage yielding is proposed. In consistence with the positivity of the intrinsic dissipation, a normality rule is adopted for the evolution of the thermodynamic force. In addition, a hardening law associated with the damage process is identified from available experiment results. The models are validated by comparison with closed-form solutions or with experiment results. The viscoelastic formulation is defined through damage elastic and viscous components and set in a state variables format and then validated by comparison with experimental creep tests.

O desenvolvimento de métodos que permitam reproduzir numericamente o comportamento el de sistemas estruturais reais tem desa ado cientistas e pesquisadores a abordarem questões que vão além das condições de integridade do sistema. Neste sentido, uma série de novos parâmetros devem ser considerados durante um processo de otimização estrutural, zelando pela con abilidade em níveis aceitáveis enquanto que os custos esperados de falhas sejam minimizados. Aparentemente, os objetivos segurança e economia competem entre si, nesse contexto, a otimização do risco estrutural surge como uma formulação que permite equacionar este problema através do chamado custo esperado total. Nesta Tese, apresenta-se o desenvolvimento de uma técnica precisa para satisfazer os termos que compõem a função custo esperado total, isto é, uma técnica capaz de estimar a con abilidade de sistemas estruturais redundantes pela identi cação dos múltiplos modos de falha de uma maneira mais precisa que os métodos convencionais aproximados e de simulação. Além disso, análises inelásticas de estruturas de aço incluindo as não linearidades físicas e geométricas são consideradas utilizando o MCDG, além de leis constitutivas para prever o comportamento inelástico. Em posse destas informações, o algoritmo calcula o risco como sendo a probabilidade de falha multiplicada pela consequência econômica resultante desta falha. Ao risco são acrescentados os demais custos associados ao sistema estrutural, os quais não dependem dos parâmetros aleatórios do sistema e por isso denominados custos xos. Como produto, tem-se o custo esperado total, o qual corresponde a função objetivo do problema de otimização estrutural. Aplicações numéricas demonstram a precisão e e ciência da metodologia na avaliação da probabilidade de falha de problemas envolvendo funções de estado limite altamente não lineares com múltiplas regiões de falhas, assim como os efeitos causados pelas não linearidades físicas e geométricas nas análises probabil ísticas e na otimização do risco das estruturas. Os resultados demonstraram que, em relação às incertezas e consequências monetárias da falha, a estrutura ótima pode ser encontrada apenas pela formulação da otimização do risco, onde a con guração da estrutura e os limites de segurança são otimizados simultaneamente. A otimização do risco resulta numa estrutura ótima em termos mecânicos, custo esperado total e segurança. / The development of methods that allow to numerically reproduce the actual behavior of real structural systems has challenged scientists and researchers and urged them to address issues that extend beyond the integrity of a system. Therefore, a series of new parameters must be taken into account during the structural optimization process, looking for acceptable reliability levels while minimizing the expected failure costs. Apparently, safety and economy compete with each other, and in this context, structural risk optimization arises as a formulation that allows equating this problem through the so-called total expected cost. In this Thesis, an accurate technique is developed to satisfy the minimization of the total expected cost function i:e:; a technique that allows estimating the reliability of redundant structural systems by the identi cation of multiple failure modes in a more precise way than conventional approximation and simulation methods. Besides, inelastic analysis of steel trusses including both geometric and physical nonlinearities are considered using the generalized displacement control method, in addition to constitutive laws to predict the inelastic behavior. Based on this information, the algorithm calculates risk as the failure probability multiplied by the economic losses resulting from such failure. The other costs associated to the structual system are added to the actual risk and since they do not depend on system's random parameters, they are referred as xed costs. As result, one obtains the total expected cost, which corresponds to the objective function of the structural optimization problem. Numerical applications shows the accuracy and e ciency of the methodology in the evaluation of the failure probability of problems represented by high nonlinear limit state functions with multiple failure regions. It is also included the e ects of geometric and physical nonlinearities originated in the probabilistic analysis and risk optimization of truss structures. Results show that, in consideration of uncertainty and the monetary consequences of failure, the optimum structure can only be found by a risk optimization formulation, where structural con guration and safety margins are optimized simultaneously. Risk optimization yields a structure which is optimum in terms of mechanics and in terms of the compromise between cost and safety.

Neste trabalho buscou-se consolidar aspectos referentes à otimização de problemas envolvidos na mecânica dos meios contínuos, envolvendo diferentes áreas do conhecimento, tais como: otimização matemática, diferenciação automática, análise estrutural, análise aerodinâmica, parametrização de curvas, superfícies e sólidos do tipo B-spline racionais não-uniformes (NURBS, acrônimo do inglês), análise IsoGeométrica (IGA, acrônimo do inglês) e análise por Elementos Finitos (FEA, acrônimo do inglês). Como objetivo final busca-se otimizar formas de cascas estruturais e formas de corpos aerodinâmicos imersos em escoamentos compressíveis. No que concerne à análise estrutural, esta é realizada via análise IsoGeométrica utilizando elementos sólidos para modelar cascas. Uma cinemática co-rotacional abrangente e precisa baseada na exata decomposição polar é desenvolvida, para lidar com problemas estáticos e dinâmicos altamente não lineares. Na análise estática foram implementados o método de Newton-Raphson e controle de deslocamentos generalizado, para problemas dinâmicos foram implementados o método -generalizado (G) e o método energia momento generalizado (GEMM+). A análise aerodinâmica é realizada via análise por Elementos Finitos para modelar escoamentos compressíveis viscosos e não viscosos em regimes transônicos e supersônicos. Um esquema característico baseado na separação da equação de momento (CBS, acrônimo do inglês) é utilizado para obter uma adequada integração temporal. No que concerne à otimização matemática, é utilizado um método baseado em gradientes, conhecido por programação quadrática sequencial (SQP, acrônimo do inglês), onde a avaliação as derivadas de Fréchet são levadas a cabo via diferenciação automática (AD, acrônimo do inglês). No que concerne aos resultados finais é realizada a otimização estrutural de forma de cascas modeladas como sólidos são apresentados, evidenciando um desempenho ótimo com respeito à energia de deformação interna. Os resultados de otimização aerodinâmica bidimensionais apresentam perfis aerodinâmicos ótimos com respeito à relação arrasto/sustentação para uma ampla gama de número de Mach, enquanto um resultado tridimensional é apresentado evidenciando a robustez e eficiência da implementação proposta. Pretendese estabelecer com este trabalho as bases para pesquisas em problemas de otimização aeroelástica. / Consolidation of the link among optimization problems in continuum mechanics, involving different fields, such as mathematical optimization, automatic differentiation, structural analysis, aerodynamic analysis, curves, surfaces and solids parameterization using Non Uniform Rational B-spline (NURBS), IsoGeometric Analysis (IGA), Finite Element Analysis (FEA) is looked for. Structural shape optimization of shell structures and aerodynamic shape optimization of immersed bodies in compressible flows are the main goals of this work. Concerning structural analysis, the so-called IsoGeometric analysis is employed. An accurate and comprehensive corotational kinematic based on the exact polar decomposition is developed in order to study highly nonlinear static and dynamic problems. Static analysis is carried out with Newton-Raphson and Generalized Displacement Control Method, while dynamic analysis is carried out with Generalized- (G) and Generalized Energy-Momentum Method (GEMM+). Aerodynamic analysis is carried out via Finite Element Analysis (FEA) in order to solve compressible flows in transonic and supersonic regimes. A Characteristic Based Split (CBS) method is employed to obtain an accurate time integration, which is based on the splitting of the momentum equation. Concerning mathematical optimization, the so-called Sequential Quadratic Programming (SQP) is employed, which is a gradient-based method, where the Fréchet derivatives are evaluated using Automatic Differentiation (AD). Final results consisting in structural optimization shown an optimal behaviour with respect to internal strain energy. While, results concerning aerodynamic bi-dimensional shape optimization exhibit a optimal behaviour with respect drag/lift ratio, for a large range of Mach number, and a simple result for tri-dimensional case is presented in order to show the efficiency and robustness of the implementation. Bases for future research in aeroelastic optimization problems are established in this work.

As forças devidas ao vento variam espacial e temporalmente e consequentemente provocam esforços de torção em edifícios. A magnitude desses esforços depende basicamente da forma do edifício, de sua altura e estrutura, da influência da vizinhança e da direção do vento. As normas técnicas geralmente negligenciam a importância da torção. A versão atual da norma brasileira de forças devidas ao vento (NBR 6123) não possui uma abordagem aplicável para modos de vibração torcionais. Verificando a falta de recomendações da norma brasileira a respeito dos efeitos dinâmicos da torção em edifícios, este trabalho apresenta uma metodologia para a estimativa do momento torçor devido ao vento, a qual contempla tanto a parcela média quanto a parcela flutuante da solicitação. Para sua calibração utilizaram-se dados de 19 edifícios altos ensaiados no túnel de vento do Laboratório de Aerodinâmica das Construções com o método High Frequency Pressure Integration (HFPI), bem como dados da literatura técnica. A análise dos resultados mostrou que as excentricidades das forças de arrasto para cálculo do momento torçor apresentadas na NBR 6123 são adequadas na estimativa dos efeitos estáticos para edificações com efeitos de vizinhança mas tendem a subestimar a solicitação nos casos sem efeito de vizinhança. Assim, propuseram-se novos valores de excentricidades baseadas na análise da base de dados. Finalmente, apresentou-se uma metodologia para estimativa dos momentos torçores estáticos equivalentes, a qual foi comparada com os valores fornecidos pelo HFPI e constatou-se que a proposta fornece valores adequados. / Wind loads change spatially and temporally consequently they induce torsional moments on buildings. These moments are affected by building shape and structure, by interfering effects of nearby buildings and wind direction. The importance of torsional loads is usually neglected by most codes. Indeed, dynamic torsional response is not presented on current Brazilian Wind Loads Code (NBR 6123). Therefore, a procedure to determine torsional dynamic response of buildings subjected to turbulent wind action is proposed. Experimental data of 19 buildings are used to improve the reliability of proposed procedure. These experimental tests were performed in boundary layer wind tunnel of Aerodynamic Laboratory using the High Frequency Pressure Integration (HFPI) technique. About torsional loads, results have shown that drag forces eccentricities present on the NBR 6123 are reliable when neighboring effects are considered, but they underestimate torsion when neighboring effects are not considered. New eccentricities values are proposed. Finally, a procedure to estimate the torsional static equivalent moment is presented and it agrees well with HFPI results. The average relative error between the results determined by the proposed formulae and the experimental data obtained by the HFPI shows the reliability and applicability of the proposed formulation to the design of isolated and nonisolated buildings.

Fundações diretas submetidas a carregamentos de compressão vertical têm sido frequentemente ensaiadas e seus comportamentos já são bem conhecidos no ramo de projeto de fundações. Fundações submetidas à tração têm crescido em importância devido ao aumento de perspectivas de uso de fontes de energia renováveis tais como turbinas de energia eólica e não renováveis tais como plataformas petrolíferas, bem como torres de transmissão de energia, cujas cargas de tração podem ser de grande importância. Contudo, esforços de tração em fundações é ainda um tema não consolidado que merece atenção tanto quanto ao comportamento carga-deslocamento quanto ao s modos de ruptura, principalmente quanto ao potencial uso de camadas de solos reaterrados reforçados com fibras e ou cimentados. Para isso, ensaios triaxiais para obtenção de parâmetros de resistência da areia e da areia reforçada com fibras foram realizados e analisados. Uma metodologia para determinação do ângulo de atrito e da coesão de areia cimentada com e sem fibras também foi proposta, baseada apenas em resultados de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral, ensaios que podem ser realizados em praticamente todos os laboratórios de solos devido a sua simplicidade, sem a necessidade de execução de ensaios mais complexos como os triaxiais e de cisalhamento direto. Ensaios de arrancamento de placas circulares embutidas em camadas de areia, areia-fibra, areiacimento, e areia-cimento-fibra foram executados, a fim de se obter cargas de ruptura e acréscimo de resistência com o aumento dos agentes de reforço e também com o aumento da relação de embutimento da placa nas camadas de areia e areia reforçada. As formas de ruptura também são avaliadas através da exumação das camadas de solo após a realização dos ensaios em areia e areia reforçada com fibras. A metodologia proposta para determinação de ângulo de atrito e coesão através de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral se mostrou eficiente, com resultados satisfatórios dos materiais estudados. Resultados indicam aumento da força necessária para arrancamento das placas embutidas nas camadas de areia-cimento, areia-cimento-fibras e até mesmo nas camadas somente de areia-fibra, quando comparadas ao arrancamento de placas embutidas em areia. A forma de ruptura também se apresentou diferente na areia em relação ao solo tratado e reforçado, indicando a influência dos agentes cimentantes e de reforço não só na resistência, como também ocasionando uma mudança na forma de ruptura. / Shallow foundations submitted to vertical compression loading have been largely tested and their behavior is well understood in project conception. Foundations submitted to tension have growing importance with increasing perspectives of worldwide developments of new energy sources such as wind turbines farms and oil platforms, as well as for energy transmission towers, whose tension loads might be of great importance. However, vertical tension is a non-consolidated matter that deserves attention regarding general behavior and failure modes, mainly after potential use of fiberreinforced and/or cemented soils for backfilling. Triaxial testing was carried out in present research to establish strength parameters of sand and fiber-reinforced sand. A methodology to determinate friction angle and cohesion intercept of fiber-reinforced and non-reinforced artificially cemented sands, based on unconfined compression and splitting tensile test results, was developed in present research as an alternative to complex lab testing such as triaxial and simple shear tests, once it could be accomplished in any basic soil laboratory. Such methodology has been shown to be quite efficient. Pullout testing of circular plates embedded in layers of sand, fiber-reinforced sand, cemented sand and fiber-reinforced cemented sand were carried out in order to achieve increasing pullout forces after fiber-reinforcement of soils and/or due to soil stabilization with cement insertion. Results indicate a growth of pullout forces for artificially cemented sands, fiber-reinforced cemented sands and for fiber-reinforced sands, when compared to plain sands. Failure modes were assessed through exhumation of soil layers after testing was finished. Failure shapes were deeply affected by insertion of cement, fibers and increasing embedment depth.