Um sistema de gestão de pontes, como um sistema auxiliar organizacional e de decisão, é constituído de um conjunto de atividades inter-relacionadas, voltadas para o registro e análise de todas as informações que possam contribuir para a redução do custo total das pontes, considerados todos os aspectos nele envolvidos, desde o planejamento, a execução e a manutenção às intercorrências das existências das mesmas. O trabalho apresenta a contextualização do problema, com uma retrospectiva histórica e considerações gerais sobre as principais preocupações embutidas na concepção de um sistema de gestão de pontes, e como elas são consideradas em alguns países do mundo. São apresentadas informações sobre a situação das pontes das rodovias federais brasileiras, a partir de dados obtidos junto ao DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes, ao IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias, à ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres, às empresas CONCEPA, CONCER, CRT, ECOSUL, NOVADUTRA e PONTE S.A, responsáveis pelas rodovias federais em regime de concessão, à CEL Engenharia S/C Ltda e à RECONCRET Recuperação e Construção Ltda, que constituem um cadastro com 5.619 pontes, com níveis de informação que variam da localização e das dimensões em planta à existência de resultados de inspeções, croquis, fotos e coordenadas geográficas. A análise desses dados proporciona um maior conhecimento sobre a realidade das pontes das rodovias federais brasileiras, fornece subsídios para o planejamento de um sistema de gestão de pontes mais compatível com essa realidade e direciona para a compreensão dos principais aspectos que norteiam as avaliações sobre o estado das pontes, a partir de modelos em elementos finitos, que consideram os efeitos dos veículos reais, da fissuração, da corrosão das armaduras e da fadiga sobre a capacidade resistente do concreto e da armadura. / A Bridge Management System, like an organizational and decision assistant, is constituted by a set of activities directed to record and to analyze all information that can contribute to minimize the total costs of the bridges, considering all aspects involved, including planning, construction and maintenance. This work presents an historical retrospective and general comments about the main aspects involved in the conception of a Bridge Management System and how they are considered in some countries around the world. The Brazilian federal network is presented, based in data obtained at federal agencies and private companies with federal roads in concession regime, with about 5.619 bridges, varying the level of information from the situation, the width and the length, to inspections results, drafts, pictures and geographic coordinates. The analysis of these data makes possible a greater knowing about the reality of the bridges from the Brazilian network, it supplies elements to plan a Bridge Management System more compatible with this reality and contributes to understand the main aspects involved in bridges assessment, from models using finite elements method, that take account the effects of vehicles, of cracking, of reinforcement corrosion and fatigue on the strength of concrete and reinforcement.

Este trabalho de pesquisa visa apresentar um processo de avaliação probabilística de integridade mecânica de elementos estruturais, e ilustra sua aplicação em situações de otimização dimensional de tais elementos. O processo apresentado é baseado na análise de confiabilidade por métodos analíticos, utilizando o diagrama de avaliação de falha (FAD) como critério de falha. A escolha da curva FAD como critério de falha visa padronizar a análise de confiabilidade estrutural, permitindo a sua aplicação tanto em simulações numéricas quanto em mapas utilizados para rápidas tomadas de decisão. Os métodos de análise e o processo apresentado são aplicados em casos de estudo para mostrar a influência da percepção probabilística nas tomadas de decisão de projeto e a importância da análise de risco no dimensionamento de sistemas estruturais. / This work intends to present a process for probabilistic assessment of mechanical integrity of structural elements, and illustrates its application in situations of dimensional optimization of such elements. The presented process is based on the reliability analysis by analytical methods, using the failure assessment diagram (FAD) as failure criteria. The choice of FAD curve as a failure criteria aims to standardize the structural reliability analysis, allowing its application both in numerical simulations and in chart maps used for fast decision making. The methods of analysis and the presented process are applied in case studies to show the influence of probabilistic perception on project decision making and the importance of risk analysis in the design of structural systems.

Um sistema de gestão de pontes, como um sistema auxiliar organizacional e de decisão, é constituído de um conjunto de atividades inter-relacionadas, voltadas para o registro e análise de todas as informações que possam contribuir para a redução do custo total das pontes, considerados todos os aspectos nele envolvidos, desde o planejamento, a execução e a manutenção às intercorrências das existências das mesmas. O trabalho apresenta a contextualização do problema, com uma retrospectiva histórica e considerações gerais sobre as principais preocupações embutidas na concepção de um sistema de gestão de pontes, e como elas são consideradas em alguns países do mundo. São apresentadas informações sobre a situação das pontes das rodovias federais brasileiras, a partir de dados obtidos junto ao DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes, ao IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias, à ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres, às empresas CONCEPA, CONCER, CRT, ECOSUL, NOVADUTRA e PONTE S.A, responsáveis pelas rodovias federais em regime de concessão, à CEL Engenharia S/C Ltda e à RECONCRET Recuperação e Construção Ltda, que constituem um cadastro com 5.619 pontes, com níveis de informação que variam da localização e das dimensões em planta à existência de resultados de inspeções, croquis, fotos e coordenadas geográficas. A análise desses dados proporciona um maior conhecimento sobre a realidade das pontes das rodovias federais brasileiras, fornece subsídios para o planejamento de um sistema de gestão de pontes mais compatível com essa realidade e direciona para a compreensão dos principais aspectos que norteiam as avaliações sobre o estado das pontes, a partir de modelos em elementos finitos, que consideram os efeitos dos veículos reais, da fissuração, da corrosão das armaduras e da fadiga sobre a capacidade resistente do concreto e da armadura. / A Bridge Management System, like an organizational and decision assistant, is constituted by a set of activities directed to record and to analyze all information that can contribute to minimize the total costs of the bridges, considering all aspects involved, including planning, construction and maintenance. This work presents an historical retrospective and general comments about the main aspects involved in the conception of a Bridge Management System and how they are considered in some countries around the world. The Brazilian federal network is presented, based in data obtained at federal agencies and private companies with federal roads in concession regime, with about 5.619 bridges, varying the level of information from the situation, the width and the length, to inspections results, drafts, pictures and geographic coordinates. The analysis of these data makes possible a greater knowing about the reality of the bridges from the Brazilian network, it supplies elements to plan a Bridge Management System more compatible with this reality and contributes to understand the main aspects involved in bridges assessment, from models using finite elements method, that take account the effects of vehicles, of cracking, of reinforcement corrosion and fatigue on the strength of concrete and reinforcement.

Este trabalho de pesquisa visa apresentar um processo de avaliação probabilística de integridade mecânica de elementos estruturais, e ilustra sua aplicação em situações de otimização dimensional de tais elementos. O processo apresentado é baseado na análise de confiabilidade por métodos analíticos, utilizando o diagrama de avaliação de falha (FAD) como critério de falha. A escolha da curva FAD como critério de falha visa padronizar a análise de confiabilidade estrutural, permitindo a sua aplicação tanto em simulações numéricas quanto em mapas utilizados para rápidas tomadas de decisão. Os métodos de análise e o processo apresentado são aplicados em casos de estudo para mostrar a influência da percepção probabilística nas tomadas de decisão de projeto e a importância da análise de risco no dimensionamento de sistemas estruturais. / This work intends to present a process for probabilistic assessment of mechanical integrity of structural elements, and illustrates its application in situations of dimensional optimization of such elements. The presented process is based on the reliability analysis by analytical methods, using the failure assessment diagram (FAD) as failure criteria. The choice of FAD curve as a failure criteria aims to standardize the structural reliability analysis, allowing its application both in numerical simulations and in chart maps used for fast decision making. The methods of analysis and the presented process are applied in case studies to show the influence of probabilistic perception on project decision making and the importance of risk analysis in the design of structural systems.

O presente trabalho propõe um modelo para avaliar a confiabilidade estrutural do cabo umbilical, levando em consideração os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica. Esta análise é focada na avaliação estrutural das armaduras metálicas, dado que estes elementos suportam quase toda a carga à tração e limitam as deformações axiais da estrutura sem prejudicar significativamente a flexibilidade; desconsidera-se, portanto, o efeito estrutural do núcleo electro-óptico e das camadas polimérica interna e externa. Para esta finalidade são consideradas as tensões originadas pelos carregamentos das ondas do mar atuantes no cabo umbilical durante sua vida em serviço (plataforma semi-submersível GVA 4500 que opera na Bacia de Campos numa lâmina d água de 1000 m), assim como a geometria e as propriedades mecânicas das armaduras de tração utilizadas nos umbilicais dessas plataformas. Através da formulação de um modelo do cabo umbilical feito pelo Método dos Elementos Finitos determinou-se o histórico de tensões atuantes na estrutura, foram estimadas as funções de densidade de probabilidade da tensão estática e da tensão alternada corrigida para curto e longo prazo, as quais caracterizam o carregamento atuante provocado pelas ondas do mar. A caracterização do material é alcançada através de análise química e ensaios de tração. Finalmente, a metodologia proposta, que considera os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica é implementada na prática. / A model to evaluate the structural reliability of the umbilical cable, taking into accounts the failure mechanism for yield strength and mechanical fatigue is proposed in this work. This analysis is focused on the structural evaluation of the metallic armors, given that these elements almost support the whole tensile load and they limit the axial deformations of the structure without harming the flexibility significantly, therefore, the structural effect of the electro-optical nucleus and the internal and external polymeric layers are not considered. For this purpose, the tensions originated by the loading of the waves of the active sea in the umbilical during its service life are considered (semi-submergible platform GVA 4500 that operates in Bacia de Campos into 1000 meters water depth), as well as the geometry and the mechanical properties of the tensile armors used in the umbilical of this platform. Through the formulation of a model for the umbilical cable, developed by the Finite Elements Method, the sequence of active tensions in the structure was determined and then the functions of density of probability of the static tension and of the alternate tension corrected for short and long period were estimated, which characterize the active loading caused by the waves of the sea. The characterization of the material is achieved through chemical analysis and tensile test. Finally, the proposed methodology, which considers the failure mechanisms by yields and mechanical fatigue is implemented in practice.

O presente trabalho propõe um modelo para avaliar a confiabilidade estrutural do cabo umbilical, levando em consideração os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica. Esta análise é focada na avaliação estrutural das armaduras metálicas, dado que estes elementos suportam quase toda a carga à tração e limitam as deformações axiais da estrutura sem prejudicar significativamente a flexibilidade; desconsidera-se, portanto, o efeito estrutural do núcleo electro-óptico e das camadas polimérica interna e externa. Para esta finalidade são consideradas as tensões originadas pelos carregamentos das ondas do mar atuantes no cabo umbilical durante sua vida em serviço (plataforma semi-submersível GVA 4500 que opera na Bacia de Campos numa lâmina d água de 1000 m), assim como a geometria e as propriedades mecânicas das armaduras de tração utilizadas nos umbilicais dessas plataformas. Através da formulação de um modelo do cabo umbilical feito pelo Método dos Elementos Finitos determinou-se o histórico de tensões atuantes na estrutura, foram estimadas as funções de densidade de probabilidade da tensão estática e da tensão alternada corrigida para curto e longo prazo, as quais caracterizam o carregamento atuante provocado pelas ondas do mar. A caracterização do material é alcançada através de análise química e ensaios de tração. Finalmente, a metodologia proposta, que considera os mecanismos de falha por escoamento e por fadiga mecânica é implementada na prática. / A model to evaluate the structural reliability of the umbilical cable, taking into accounts the failure mechanism for yield strength and mechanical fatigue is proposed in this work. This analysis is focused on the structural evaluation of the metallic armors, given that these elements almost support the whole tensile load and they limit the axial deformations of the structure without harming the flexibility significantly, therefore, the structural effect of the electro-optical nucleus and the internal and external polymeric layers are not considered. For this purpose, the tensions originated by the loading of the waves of the active sea in the umbilical during its service life are considered (semi-submergible platform GVA 4500 that operates in Bacia de Campos into 1000 meters water depth), as well as the geometry and the mechanical properties of the tensile armors used in the umbilical of this platform. Through the formulation of a model for the umbilical cable, developed by the Finite Elements Method, the sequence of active tensions in the structure was determined and then the functions of density of probability of the static tension and of the alternate tension corrected for short and long period were estimated, which characterize the active loading caused by the waves of the sea. The characterization of the material is achieved through chemical analysis and tensile test. Finally, the proposed methodology, which considers the failure mechanisms by yields and mechanical fatigue is implemented in practice.

O processo de fadiga em pontes metálicas ferroviárias é um relevante problema de infraestrutura, largamente reconhecido como uma questão de segurança estrutural que precisa ser melhor compreendida. Apesar dos recentes avanços no campo da modelagem computacional, a aplicação de abordagens modernas para avaliação do comportamento à fadiga de ligações rebitadas típicas de pontes ainda é pouco explorada e impõe desafios. Nesse contexto, esta tese visa implementar metodologias de análise global-local para avaliação de detalhes rebitados de pontes ferroviárias, empregando ferramentas avançadas de análise em elementos finitos para investigação pormenorizada do processo de fadiga. Com o objetivo de contextualizar o comportamento à fadiga de ligações rebitadas, apresentam-se inicialmente as principais metodologias convencionais de avaliação, destacando as limitações dos métodos. Apresentam-se também os principais aspectos da modelagem local em elementos finitos e das metodologias de análise local, enquadrando os regimes de comportamento onde cada abordagem pode ser aplicada. Exemplos em pequena escala são desenvolvidos para testar procedimentos numéricos e investigar a influência dos principais parâmetros que podem influenciar no comportamento local de ligações rebitadas, tais como modelos interfaciais de contato, fricção, pré-esforço nos rebites e distribuição interna de cargas. Análises de sensibilidade são realizadas tomando como referência uma ligação rebitada com uma trinca inicial pré-existente, onde tais efeitos são investigados. São descritos os procedimentos gerais de uma metodologia de modelagem desenvolvida para resolução de problemas que envolvem a integração contínua entre modelos globais e locais e um conjunto de ferramentas criadas para possibilitar o acoplamento entre o programa de simulação em elementos finitos e sub-rotinas customizadas programadas para processamento recursivo dos modelos e análise local da fadiga. A metodologia é então aplicada ao estudo dos detalhes rebitados de uma ponte real. A caracterização do comportamento global da ponte é realizada recorrendo-se aos resultados de simulações estáticas e dinâmicas e do monitoramento de curto prazo da estrutura. Também são apresentados resultados de estudos de sensibilidade e de previsão da vida à fadiga de detalhes críticos da ponte usando o método das tensões nominais e curvas SN baseadas em classes de detalhes. Diferentes aspectos são abordados, tais como a consideração dos efeitos secundários de flexão nas ligações e a influência do tipo de veículo e da configuração do trem. Por último, é realizada uma análise local das ligações rebitadas da ponte ferroviária tomada como estudo de caso. Modelos tridimensionais detalhados das conexões são desenvolvidos em duas etapas. Na primeira são aplicadas técnicas de modelagem hierárquica para avaliar de forma pormenorizada os mecanismos de transferência de cargas entre os membros envolvidos, os efeitos secundários de flexão e a influência de diferentes hipóteses de modelagem. Na segunda etapa, são desenvolvidos submodelos com elementos sólidos e altas densidades de malhas para investigação dos campos de deformações e tensões locais nas regiões apontadas como críticas durante a modelagem hierárquica. As geometrias dos rebites são representadas explicitamente e todas as interações de contato são modeladas. A influência do pré-esforço nos rebites é avaliada. As abordagens ?N e SN são aplicadas para enquadrar o regime de fadiga das ligações, verificar critérios de falha incluindo tensões multiaxiais e fazer previsões da vida de iniciação da trinca. São apresentados os principais resultados das análises bem como as conclusões que corroboram a metodologia empregada. / The fatigue process in steel railway bridges is an important problem of infrastructure, widely recognized as an issue of structural safety that needs to be better understood. Despite the recent advances in computational modeling, application of modern approaches to fatigue assessment of typical riveted bridges is still little investigated and poses challenges. In this context, this thesis aims to implement some methodologies for global-local analyses in riveted details of steel railway bridges using advanced finite element analysis tools for a deep investigation of the fatigue process. In order to contextualize the fatigue behavior of riveted connections, the conventional assessment procedures are initially presented, highlighting the limitations of the methods. The main points of the local finite element modeling and of the local analysis methods are also described, defining the regimes where each approach can be applied. Examples on a small scale to test numerical procedures are developed and the influence of the main parameters that can influence the local behavior of riveted connections is investigated, such as contact interfacial models, friction, clamping force in rivets and internal load distribution. Sensitivity analyses with reference to a riveted connection with a pre-existing initial crack are performed, where such effects are investigated. The general procedures of a modeling methodology developed for problem solving that involves the seamless integration between global and local models and a set of tools created to enable coupling between the finite element simulation program and customized subroutines to recursive processing and fatigue local analysis of the models are described. Then, the methodology is applied to the study of riveted details of a railway bridge. The global behavior of the bridge is performed based on the results of static and dynamic simulations and from short-term monitoring data. The results of sensitivity studies and fatigue life predictions using the nominal stress method and detail class SN curves for critical details of the bridge are also presented. Different aspects, such as the consideration of bending secondary effects at connections and the influence of the vehicle types and train configurations are addressed. Finally, a local analysis is carried out in the riveted railway bridge taken as a case study. Three-dimensional models, detailing the connections in two stages are developed. The first hierarchical modeling techniques are applied to assess the load distribution mechanisms between the members involved, the bending secondary effects and the influence of different modeling assumptions. In the second stage, sub-models with solid elements and high mesh densities for investigation of strain and stress fields in the regions identified as critical by the hierarchical model are developed. The geometries of the rivets are explicitly represented and all contact interactions are modeled. The influence of rivet clamping forces is evaluated. The ?N and SN local approaches are applied to define the fatigue regime in critical points, check failure criteria in multi-axial stresses and to predict the crack initiation life. The main results of the analyses and the conclusions that support the methodology are presented.

O processo de fadiga em pontes metálicas ferroviárias é um relevante problema de infraestrutura, largamente reconhecido como uma questão de segurança estrutural que precisa ser melhor compreendida. Apesar dos recentes avanços no campo da modelagem computacional, a aplicação de abordagens modernas para avaliação do comportamento à fadiga de ligações rebitadas típicas de pontes ainda é pouco explorada e impõe desafios. Nesse contexto, esta tese visa implementar metodologias de análise global-local para avaliação de detalhes rebitados de pontes ferroviárias, empregando ferramentas avançadas de análise em elementos finitos para investigação pormenorizada do processo de fadiga. Com o objetivo de contextualizar o comportamento à fadiga de ligações rebitadas, apresentam-se inicialmente as principais metodologias convencionais de avaliação, destacando as limitações dos métodos. Apresentam-se também os principais aspectos da modelagem local em elementos finitos e das metodologias de análise local, enquadrando os regimes de comportamento onde cada abordagem pode ser aplicada. Exemplos em pequena escala são desenvolvidos para testar procedimentos numéricos e investigar a influência dos principais parâmetros que podem influenciar no comportamento local de ligações rebitadas, tais como modelos interfaciais de contato, fricção, pré-esforço nos rebites e distribuição interna de cargas. Análises de sensibilidade são realizadas tomando como referência uma ligação rebitada com uma trinca inicial pré-existente, onde tais efeitos são investigados. São descritos os procedimentos gerais de uma metodologia de modelagem desenvolvida para resolução de problemas que envolvem a integração contínua entre modelos globais e locais e um conjunto de ferramentas criadas para possibilitar o acoplamento entre o programa de simulação em elementos finitos e sub-rotinas customizadas programadas para processamento recursivo dos modelos e análise local da fadiga. A metodologia é então aplicada ao estudo dos detalhes rebitados de uma ponte real. A caracterização do comportamento global da ponte é realizada recorrendo-se aos resultados de simulações estáticas e dinâmicas e do monitoramento de curto prazo da estrutura. Também são apresentados resultados de estudos de sensibilidade e de previsão da vida à fadiga de detalhes críticos da ponte usando o método das tensões nominais e curvas SN baseadas em classes de detalhes. Diferentes aspectos são abordados, tais como a consideração dos efeitos secundários de flexão nas ligações e a influência do tipo de veículo e da configuração do trem. Por último, é realizada uma análise local das ligações rebitadas da ponte ferroviária tomada como estudo de caso. Modelos tridimensionais detalhados das conexões são desenvolvidos em duas etapas. Na primeira são aplicadas técnicas de modelagem hierárquica para avaliar de forma pormenorizada os mecanismos de transferência de cargas entre os membros envolvidos, os efeitos secundários de flexão e a influência de diferentes hipóteses de modelagem. Na segunda etapa, são desenvolvidos submodelos com elementos sólidos e altas densidades de malhas para investigação dos campos de deformações e tensões locais nas regiões apontadas como críticas durante a modelagem hierárquica. As geometrias dos rebites são representadas explicitamente e todas as interações de contato são modeladas. A influência do pré-esforço nos rebites é avaliada. As abordagens ?N e SN são aplicadas para enquadrar o regime de fadiga das ligações, verificar critérios de falha incluindo tensões multiaxiais e fazer previsões da vida de iniciação da trinca. São apresentados os principais resultados das análises bem como as conclusões que corroboram a metodologia empregada. / The fatigue process in steel railway bridges is an important problem of infrastructure, widely recognized as an issue of structural safety that needs to be better understood. Despite the recent advances in computational modeling, application of modern approaches to fatigue assessment of typical riveted bridges is still little investigated and poses challenges. In this context, this thesis aims to implement some methodologies for global-local analyses in riveted details of steel railway bridges using advanced finite element analysis tools for a deep investigation of the fatigue process. In order to contextualize the fatigue behavior of riveted connections, the conventional assessment procedures are initially presented, highlighting the limitations of the methods. The main points of the local finite element modeling and of the local analysis methods are also described, defining the regimes where each approach can be applied. Examples on a small scale to test numerical procedures are developed and the influence of the main parameters that can influence the local behavior of riveted connections is investigated, such as contact interfacial models, friction, clamping force in rivets and internal load distribution. Sensitivity analyses with reference to a riveted connection with a pre-existing initial crack are performed, where such effects are investigated. The general procedures of a modeling methodology developed for problem solving that involves the seamless integration between global and local models and a set of tools created to enable coupling between the finite element simulation program and customized subroutines to recursive processing and fatigue local analysis of the models are described. Then, the methodology is applied to the study of riveted details of a railway bridge. The global behavior of the bridge is performed based on the results of static and dynamic simulations and from short-term monitoring data. The results of sensitivity studies and fatigue life predictions using the nominal stress method and detail class SN curves for critical details of the bridge are also presented. Different aspects, such as the consideration of bending secondary effects at connections and the influence of the vehicle types and train configurations are addressed. Finally, a local analysis is carried out in the riveted railway bridge taken as a case study. Three-dimensional models, detailing the connections in two stages are developed. The first hierarchical modeling techniques are applied to assess the load distribution mechanisms between the members involved, the bending secondary effects and the influence of different modeling assumptions. In the second stage, sub-models with solid elements and high mesh densities for investigation of strain and stress fields in the regions identified as critical by the hierarchical model are developed. The geometries of the rivets are explicitly represented and all contact interactions are modeled. The influence of rivet clamping forces is evaluated. The ?N and SN local approaches are applied to define the fatigue regime in critical points, check failure criteria in multi-axial stresses and to predict the crack initiation life. The main results of the analyses and the conclusions that support the methodology are presented.

Recentes descobertas de campos de petróleo e gás, a centenas de quilômetros da costa Sudeste do Brasil, em lâmina d\'água acima de 2.000m, demandam avanços científicos e tecnológicos para sua exploração segura. Entre os desafios para os engenheiros, a análise dinâmica de risers offshore é de extrema relevância devido à propensão à fadiga do material estrutural. Os movimentos de unidades flutuantes, que ocorrem devido às ondas de gravidade, impõem um tipo particular de carregamento dinâmico para os risers. Por uma questão de simplicidade, apenas o movimento de heave é considerado, embora pitch and roll também possam desempenhar um papel relevante na análise. De fato, o efeito de heave provoca a modulação de tensãoamplitude ao longo da estrutura tubular e flexível, o que pode conduzir à ressonância paramétrica como consequência da conhecida instabilidade de Mathieu. O riser vertical será o foco desse trabalho. A teoria bidimensional de vigas de Bernoulli-Euler é utilizada para se obter uma equação diferencial não linear de movimento para o riser submetido a uma carga axial e peso submerso. Modelos matemáticos - conhecidos como modelos de ordem reduzida (MORs) - com poucos graus de liberdade são adotados, mas com capacidade adequada para representar a resposta estrutural tanto qualitativa como quantitativamente. Utilizando os modos não lineares como funções de projeção no procedimento de Galerkin não linear, a interpretação física vem da igualdade dos trabalhos virtuais tanto no modelo de alta hierarquia quanto do MOR, com a consequente introdução de vínculos rígidos nos modos excluídos da análise. Aqui, a relação não linear entre as amplitudes modais e modos de vibração/frequências são levados em conta. Os resultados obtidos estão de acordo com os resultados dos testes experimentais de um modelo em escala reduzida realizado sob coordenação do LIFE&MO (Laboratório de Interação Fluido-Estrutura e Mecânica Offshore), fornecendo uma calibração do coeficiente de arrasto equivalente, para se levar em conta o sistema dissipativo que inclui tanto o amortecimento hidrodinâmico e estrutural. As respostas também são comparadas com as obtidas através do estudo de um modelo de elementos finitos, elaborado com o auxílio de um software comercial, o OrcaFlex®, e com funções clássicas de projecção, em particular, a função trigonométrica. Em seguida, variando-se os parâmetros de controle, as respostas do estado estacionário pós-crítica são mapeadas e plotadas em um diagrama policromático. / Recent discoveries of oil and gas fields, hundreds of kilometers off the Southeast coast of Brazil, in water depths above 2,000m, demand scientific and technological advances to support their safe exploitation. Among the challenges posed to engineers, the dynamic analysis of offshore risers is of utmost relevance, due to fatigue of the structural material. The motions of floating units, which occur due to gravity waves, impose a particular type of dynamic loading to the risers. As a matter of simplicity, only heave is considered herewith, although pitch and roll can also play a relevant role in the analysis. In fact, the effect of heave causes tension-amplitude modulation to the long and flexible tubular structure, which may drive parametric resonance as a consequence of the well-known Mathieus instability. The vertical riser will be the focus of this work. Bernoulli-Euler two-dimensional beam theory is used to obtain a nonlinear differential equation of motion for the riser subjected to an axial thrust and submerged weight. Mathematical models known as reduced-order models (ROMs) with few degrees of freedom are used, but with adequate capacity to represent the structural response both qualitatively and quantitatively. Using non-linear modes as projection functions within the non-linear Galerkins procedure, the physical interpretation of which being the identification of virtual works in both the high-hierarchy model and the ROM, with consequent introduction of rigid constraints in the modes excluded from the analysis. Here the non-linear relationship between modal amplitudes and mode shapes/frequencies are taken into account. The results obtained here agree well with those of experimental tests with a small-scale model carried out under coordination LIFE&MO (Laboratory of Fluid-Structure Interaction & Offshore Mechanics), provided calibration of the equivalent drag coefficient is carried out, to account for the overall system dissipation including both hydrodynamic and structural damping. The responses are also compared with those given by finite element models studied with the help of commercial software, the OrcaFlex® and with classical projection functions, in particular the trigonometric function. Then varying the control parameters, the responses of post-critical steady state are mapped and plotted in diagram polychromatic.

As vigas celulares ocupam um lugar de destaque crescente na construção de pontes em concreto protendido. Dentro desta opção, a tendência moderna é de se construírem pontes unicelulares cada vez mais largas, o que traz como conseqüência um aumento considerável da flexão transversal em seus elementos, especialmente em suas almas, submetendo-as a uma combinação de cisalhamento com flexão transversal que pode atingir valores importantes. Este trabalho tem por finalidade apresentar um novo critério de dimensionamento das almas das vigas de seção celular, incluindo o caso do estado limite último de fadiga. Este critério foi idealizado a partir de uma análise crítica dos modelos vigentes, os quais são analisados e comparados por meio de gráficos de interação relacionando força cortante com flexão transversal, que permitem a escolha da melhor opção para as situações de projeto. Desenvolveu-se uma investigação experimental, a fim de verificar a validade do critério de dimensionamento desenvolvido. Foram analisados os seguintes modos de colapso: esmagamento das bielas comprimidas de concreto, alongamento plástico excessivo dos estribos e ruptura dos estribos por fadiga. Os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação do Critério de Dimensionamento Proposto e revelaram novidades nos ensaios de fadiga: a ruptura dos estribos por fadiga se deu por etapas, um estribo de cada vez, num processo gradual. A ruptura por fadiga ocorreu sistematicamente próximo à ligação da alma com a mesa inferior e não no dobramento dos estribos. / Box-girders have received a growing attention in the field of prestressed concrete bridges. The modern trend is to build wider unicellular bridges, which leads to a considerable increase in the transverse bending moment acting mainly in their webs. These are subjected to a combination of shear force and transverse bending moments, which may reach important values. The purpose of this thesis is to introduce a new design approach of box-girder webs, including the Ultimate Limit State due to fatigue. This design approach is derived from a critical analysis of the current criteria. The different criteria for the design of box-girder webs are analyzed and compared by means of shear-bending moment interaction diagrams as an attempt to identify the more realistic one. An experimental investigation has been undertaken with the purpose of verifying the validity of the new developed approach. The following failure modes have been considered: crushing of the compressed struts, excessive plastic deformation of the stirrups and rupture of the stirrups due to fatigue. The experimental results have shown good agreement with those predicted by the proposed approach. Furthermore, the tests have revealed new aspects of the fatigue behavior: the rupture of the stirrups due to fatigue occurred in stages, one at a time in a gradual manner. In all cases the failure took place near the top face of the lower flange and not at the corner of the stirrups.