O desenvolvimento de modelos teóricos e computacionais para simular a história de deformação e reconstruir o estado termoporomecânico de bacias sedimentares é de grande interesse da indústria do petróleo. A compactação dos sedimentos, o escoamento dos fluidos e o fluxo térmico são processos de grande importância que ocorrem ao longo da diagênese. Fenômenos puramente mecânicos prevalecem nas camadas superiores da bacia associados à expulsão do fluido e ao rearranjo das partículas sólidas, enquanto a compactação químico-mecânica resultante dos processos de pressão-solução intergranular é dominante nas camadas mais profundas, onde as tensões e temperaturas são maiores. Estes processos de deformação podem ser significativamente afetados pela sua evolução térmica, já que o calor altera a viscosidade dos fluidos e as propriedades físico-químicas dos minerais. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo constitutivo para o material poroso saturado no contexto da termoporomecânica finita e uma ferramenta computacional com uma interface de multiprocessamento em memória compartilhada baseada no método dos elementos finitos para representar os processos de formação e compactação gravitacional de uma bacia sedimentar. As deformações mecânicas e químico-mecânicas são representadas pela plasticidade e viscoplasticidade, respectivamente. Uma característica fundamental do modelo está relacionada à mudança das propriedades do material poroso em função da variação de temperatura e da evolução de caráter irreversível da sua microestrutura. Simulações numéricas realizadas em condições oedométricas permitem investigar a evolução do modelo constitutivo e do comportamento global da bacia, onde é possível verificar o caráter interdependente dos diferentes processos termoporomecânicos envolvidos. A capacidade da ferramenta computacional de representar problemas tridimensionais complexos é demonstrada a partir de uma história de deposição sedimentar associada a camadas estratigráficas com espessuras variáveis. / Development of theoretical and numerical models to simulate the deformation history and rebuild the thermoporomechanical state of sedimentary basins is of great interest for the oil industry. Compaction of sediments, fluid and thermal flows are fundamental coupled processes during diagenesis. Purely mechanical phenomena prevail in the upper layers involving pore fluid expulsion and rearrangement of solid particles, while chemo-mechanical compaction resulting from Intergranular Pressure-Solution (IPS) dominates for deeper burial as stress and temperature increase. The thermal evolution of the basin may substantially affect both processes as heat modifies the viscosity of fluids and physicochemical properties of minerals. The aim of the present contribution is to provide a constitutive model for saturated porous media in the context of finite thermoporomechanics and a numerical tool with a shared memory multiprocessing interface based on the finite element method to deal with depositional phase and gravitational compaction modeling of sedimentary basins. Purely mechanical and chemo-mechanical deformations are respectively modeled by means of plasticity and viscoplasticity. A key feature of the model is related to the evolution of the sediment material properties associated with temperature and large irreversible porosity changes. The evolution of the constitutive model and the overall behavior of the basin are provided by numerical simulations performed under oedometric conditions. The coupled nature of the thermoporomechanical processes is investigated. A depositional history with varying stratigraphic layers is proposed to demonstrate the ability of the numerical tool to model complex 3D problems.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Na prática corrente do projeto de torres de aço treliçadas utilizadas para suportar linhas de transmissão de energia elétrica, a avaliação do comportamento dinâmico das estruturas, de maneira geral, não é considerada. Contudo, o principal carregamento a ser considerado na análise estrutural das torres de transmissão de energia elétrica é produzido pelo vento, que atua de forma dinâmica sobre o sistema estrutural formado pelos cabos e pelas torres. Além disso, muitas estruturas desse tipo apresentam características dinâmicas desfavoráveis, o que as tornam mais vulneráveis a ação do vento.Tendo em vista que muitos acidentes envolvendo torres desse tipo ocorrem ainda que a velocidade de vento utilizada no projeto não tenha sido atingida, é possível que em muitos casos o colapso tenha sido governado pelas ações dinâmicas. Assim sendo, esse estudo tem por objetivo a utilização de uma metodologia de analise estrutural que possibilite uma avaliação mais completa acerca do comportamento das torres de transmissão de energia, considerando, obviamente, as características dinâmicas do sistema. Este trabalho de pesquisa utiliza um modelo de elementos finitos capaz de reproduzir com fidelidade o comportamento acoplado entre os cabos da linha de transmissão e estrutura quando submetidos aos carregamentos dinâmicos e não determinísticos produzidos pelo vento. O modelo tridimensional estudado é constituído por elementos finitos de pórtico e treliça espacial e considera o efeito de não-linearidade geométrica decorrente, principalmente, dos grandes deslocamentos sofridos pelos cabos e isoladores. O carregamento do vento é modelado como um processo aleatório a partir das suas propriedades estatísticas. Os resultados obtidos ao longo desse estudo mostram que a parcela dinâmica da resposta das estruturas pode ser determinante no seu comportamento. Nesse caso, a utilização de uma análise estrutural estática pode resultar no mau dimensionamento das torres e, conseqüentemente, em possíveis acidentes. / In the current design process of steel latticed towers used to support electrical transmission lines, the structures dynamic behaviour is not considered. However, the main loading to be taken into account in the electrical transmission line towers structural analysis is produced by the wind, which acts dynamically over the structural system composed by towers and cables. In addition, its not uncommon for slender towers to present disadvantageous dynamic properties, making them vulnerable to the wind action. Considering that many accidents associated to this kind of structure occur even for wind velocities below that specified in the design process, its possible that most of these accidents have been produced by dynamic actions. Therefore, this study aims to develop a structural analysis method that allows for a more accurate evaluation of the electrical transmission towers behaviour, considering its intrinsic dynamic effects. This study proposed the use of a finite element model that can accurately simulate the coupled behaviour between the transmission line cables and the suspension structures when subjected to the dynamic random loading produced by the wind. The proposed three-dimensional model is composed by beam and truss spatial finite elements and accounts for the geometric non-linearity effects produced by the large displacements associated to the line cables and insulators. The wind loading is modelled as a random process based on its statistical properties. Results obtained throughout this study have indicated that the dynamic response can be very meaningful for the system structural behaviour. In this case, the use of a static structural analysis can lead to a non-trustable design of the towers and, consequently, to potential structural failures.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Atualmente, as novas tendências arquitetônicas e as exigências de mercado, vêm conduzindo a engenharia estrutural na busca por soluções cada vez mais arrojadas, as quais exigem grande experiência e conhecimento dos projetistas estruturais aliados a utilização de novos materiais e tecnologias. Esta filosofia de concepção estrutural está inserida em uma das mais importantes tendências de projeto dos últimos anos, ou seja: a busca por sistemas estruturais de rápida execução, dotados de peças de menor peso próprio e que possam vencer grandes vãos com um mínimo de elementos verticais, permitindo assim uma maior flexibilidade na adequação de ambientes. Por outro lado, esta filosofia de projeto tem conduzido a elementos estruturais cada vez mais esbeltos e com freqüências naturais cada vez mais baixas e, por conseguinte, mais próximas das faixas de freqüência das excitações dinâmicas associadas às atividades humanas, tais como: andar, correr, pular, etc. Devido as razões expostas no parágrafo anterior, os sistemas estruturais de engenharia tornaram-se bastante vulneráveis aos efeitos de vibrações induzidas por pequenos impactos como é o caso do caminhar de pessoas sobre pisos, resultando em desconforto para as pessoas. Deve-se destacar, ainda, que tais considerações de projeto têm atendido aos estados limites últimos. Todavia, os estados limites de utilização desses sistemas estruturais precisam ser analisados, sem sombra de dúvida, de maneira mais criteriosa. Deste modo, no sentido de contribuir para fornecer subsídios aos engenheiros estruturais, no que tange a análise dinâmica de estruturas submetidas a excitações induzidas pelos seres humanos, são desenvolvidos diversos modelos de carregamento representativos do caminhar das pessoas. A variação espacial e temporal da carga dinâmica é considerada ao longo da análise e, bem como, o efeito transiente do impacto do calcanhar humano nos pisos é levado em conta. Assim sendo, são considerados nesta dissertação diversos modelos estruturais associados a pisos mistos (aço-concreto). Técnicas usuais de discretização, com base no emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF), via utilização do programa computacional Ansys, são consideradas neste estudo. Uma análise extensa acerca da resposta dinâmica dos pisos é feita, mediante o emprego dos modelos de carregamento desenvolvidos, principalmente, em termos dos valores das acelerações. Na seqüência, os resultados encontrados são comparados com aqueles fornecidos pela literatura técnica disponível sobre o assunto sob o ponto de vista associado ao conforto humano. Investiga-se, também, a influencia da variação de parâmetros estruturais sobre a resposta dinâmica dos modelos, tais como: comprimento vão, taxa de amortecimento, espessura das lajes e, ainda, rigidez das ligações viga coluna. Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam, claramente, que os projetistas estruturais devem ser alertados para distorções importantes que ocorrem quando as normas de projeto são utilizadas sem o devido cuidado. Um outro importante diz respeito ao fato de que em diversos pisos analisados observa-se que os critérios de conforto humano não são satisfeitos, demonstrando a importância da consideração dos efeitos dinâmicos provenientes dos seres humanos na análise desse tipo de problema. / Nowadays, the new architectural tendency and the market requirements, are leading structural engineering in the search for bolder solutions, which demands great experience and knowledge of the structural designers associated to the use of new materials and technologies. This philosophy of structural conception is inserted in one of the most important trends of project of the last years that means: the search for structural systems of fast execution, endowed with parts of lower weight and that can be successfully large with a minimum of vertical elements, thus allowing a higher flexibility in the ambients adequacy. On the other hand, this project philosophy has lead to structural elements more and more slender and with natural frequencies much and much lower and, therefore, closer to the frequency of the dynamic excitation associated to the human beings activities, such as: walking, running, jumping, etc. Due to the reasons described in the previous paragraph, the structural engineering systems became sufficiently vulnerable to the effects of vibrations induced by small impacts as it is the case of walking of people on floors, resulting in discomfort to the people. It must be highlighted, also, that such project considerations have fulfilled the required limit states. However, the limit states of use for these structural systems need to be analysed, with no doubt, in a more sensible way. In this way, willing to contribute to supply subsidies to the structural engineers, in the dynamic analysis of structures subject to excitation induced by human beings, several loads models are developed to represent the act of walking. The space and time variation of the dynamic load is considered through the analysis and the transient effect of the impact of the human heel on the floor is taken into consideration, as well. In this way, It is considered in this dissertation, several structural models associated to composite floors (steel-concrete). In this study, it was considered the usual techniques of discretization, based on the Finite Element Method (FEM) using the computer program Ansys. An extensive analysis concerning the dynamic response of the floors is made, by means of the application of the developed load models, mainly, in terms of the values of the accelerations. The results obtained are compared to those supplied by the techinical literature available about the subject with the point of view associated to the human comfort. It is also investigated, the influence of the structural parameter variation on the dynamic response of the models, such as: span length, damping ratio, thickness of the slab and, also, rigidity of the beam columns. The results obtained along the study clearly indicate that the structural designers must be alerted to important distortions that may occur when the project rules are used without the necessary caution. Another important remark is regarded to the fact that in several analysed floors it is observed that the criteria of human comfort are not satisfied which demonstrate the importance of the consideration of the dynamic effect caused by human beings in the analysis of this type of problem.

Considerando-se as exigências impostas por projetos arquitetônicos cada vez mais arrojados as passarelas de pedestres têm sido comumente projetadas cada vez mais leves e com grandes vão livres. Este procedimento tem gerado sistemas estruturais bastante esbeltos e os estados limites últimos e de utilização que norteiam o dimensionamento tem sido modificados. Uma outra conseqüência desta tendência de projeto diz respeito a um aumento considerável dos problemas referentes à vibração. No caso particular de passarelas, este fenômeno ocorre quando a freqüência fundamental da estrutura é igual ou se aproxima da freqüência do passo do pedestre. Atividades como caminhar, correr ou pular produzem excitações dinâmicas. Essas forças dinâmicas, em determinados casos, podem vir a produzir níveis de vibração elevados e, por conseguinte, perturbar ou até mesmo alarmar as pessoas que estiverem utilizando a estrutura. Como o propósito primário das passarelas é o transporte de pedestres, as mesmas precisam estar seguras e apresentar um comportamento que não ofereça desconforto aos usuários. Tendo em mente todos esses aspectos, o desenvolvimento desta dissertação tem como objetivos o estudo da influência da modelagem do carregamento dinâmico, proveniente dos pedestres, impacto do calcanhar humano e, bem como, do amortecimento estrutural sobre a resposta dinâmica de passarelas mistas (aço-concreto). Para tal, um modelo mais realista que incorpora as ações dinâmicas induzidas pelos pedestres, de modo a considerar o impacto transiente do calcanhar dos mesmos será objeto de estudo na presente investigação. Neste modelo de carregamento, o movimento de pernas que causa a subida e descida da massa efetiva do corpo em cada passo foi considerado e a posição do carregamento dinâmico foi alterada de acordo com a posição do individuo, assim a função de tempo, correspondente a excitação induzida pela caminhada, teve uma variação espacial e temporal.O modelo estrutural utilizado baseia-se no projeto de diversas passarelas mistas (aço-concreto). A resposta dinâmica das passarelas, em termos das acelerações verticais de pico e rms (root mean square), é obtida e comparada com os valores limites propostos por normas de projeto, objetivando a verificação do conforto humano. Com base nos resultados alcançados nesta dissertação foi possível demonstrar a importância dos parâmetros investigados (modelagem da carga dinâmica, efeito do calcanhar humano e amortecimento estrutural) e como estes influenciam substancialmente na avaliação da resposta dinâmica das passarelas. Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam, claramente, que os projetistas estruturais devem ser alertados para distorções importantes que ocorrem quando os efeitos dinâmicos são desprezados na análise deste tipo de estrutura. Os valores máximos de acelerações encontrados violam os critérios de conforto humano quando comparados com aqueles previstos em diversas recomendações de projeto. Portanto, verifica-se que as passarelas de pedestres podem atingir níveis de vibração elevados os quais podem comprometer o conforto humano e a segurança dos usuários da obra.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Nesta dissertação são avaliados os efeitos dinâmicos provenientes da travessia de comboios de veículos sobre o tabuleiro irregular de obras de arte rodoviárias de concreto armado. O modelo matemático empregado para simular o comportamento do sistema veículo-ponte considera a participação da massa e da rigidez das viaturas na definição das freqüências do sistema e, conseqüentemente, a força de interação entre os veículos e a ponte é afetada pela flexibilidade desta. A ponte é modelada a partir do emprego de elementos finitos de barra unidimensionais e discretizado com massas concentradas e flexibilidade distribuída. O modelo de veículo empregado baseia-se no veículo TB-12 preconizado pela norma brasileira NBR 7188. Este veículo é simulado por sistemas de massas, molas e amortecedores sendo descrito por graus de liberdade à translação e rotação no plano. As irregularidades da pista são definidas por um modelo não-determinístico com base na densidade espectral do pavimento. O carregamento sobre a ponte é constituído por sucessões de veículos deslocando-se com velocidade constante sobre a obra. Devido à própria natureza das irregularidades da pista e do comboio de veículos, atenção especial é concentrada na fase permanente da resposta do sistema. São estudadas as respostas de dois modelos estruturais existentes, com base em tabuleiros isostáticos, em concreto armado, com e sem balanços, em seção do tipo T e duplo T, respectivamente, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões do trabalho versam sobre a influência da velocidade, espaçamento e do número de veículos, referentes a situações distintas de carregamento, no que tange a resposta dinâmica das pontes rodoviárias de concreto armado. A magnitude dos efeitos dinâmicos associados à interação dos veículos com o pavimento irregular também é investigada. / In this investigation the dynamic effects induced by the vehicles crossing on the irregular pavement surfaces of reinforced concrete highway bridge decks were evaluated. The mathematical model considered the participation of the mass and stiffness of the vehicles in the definition of the system natural frequencies. The vehicle-bridge mathematical model includes the interaction between the vehicles and bridge dynamical properties. The bridge deck was modelled using beam finite elements with concentrated masses and distributed stiffness. The vehicle model was based on the Brazilian code NBR 7188 standard vehicle TB-12. This vehicle was simulated as mass-spring-damper system and the degrees of freedom of these cars are defined as in plane vertical translations and rotations. The deck surface roughness was defined by a non-deterministic model based on the spectral density of the pavement. The moving load is formed by an infinite succession of vehicles equally spaced and with constant velocity. Only the steady-state response was considered. The dynamic response of two existing structural models corresponding to reinforced concrete highway bridge decks was investigated in terms of displacements and efforts. The conclusions have shown the influence of the velocity, spacing and number of vehicles on the bridges dynamic response. The magnitude of the response amplification due to the surface irregularities was investigated.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas à ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas nem sempre são corretamente consideradas pelos projetistas. Deste modo, a correta consideração destes aspectos mostra-se de fundamental importância, de forma a se avaliar os esforços dinâmicos oriundos do tráfego de veículos sobre o tabuleiro. De acordo com este contexto, a ponte rodoviária investigada nesta dissertação é constituída por duas vigas longitudinais, três transversinas, sendo uma central e duas sobre os apoios, e por um tabuleiro em concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Os veículos são representados a partir de sistemas do tipo "massa-mola-amortecedor". O tráfego destes veículos é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As técnicas para a contagem de ciclos de tensões e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas e recomendações internacionais vigentes que versam sobre o tema. As conclusões deste trabalho de pesquisa se referem à análise da resposta dinâmica bem como da vida útil de serviço da obra de arte rodoviária de concreto armado investigada, quando submetida às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. / Reinforced concrete highway bridges are subjected to dynamic actions of variable magnitude due to vehicles crossing on the deck pavement. In general, these dynamic actions are not properly considered by the designers. The proper consideration of these aspects has shown to be of fundamental importance to assess the actions from the vehicles traffic on the bridge deck. According to this context the investigated bridge consists of two longitudinal beams (girders), three transverse beams, one central and two on the supports, and a reinforced concrete deck. The computational model, developed for the bridge dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations. The vehicles were simulated by spring-mass-damper models. The vehicles traffic is considered based on semi infinity convoys moving with constant speed on the bridge deck. The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules were applied through S-N curves related to international codes. The conclusions of this research were related to the dynamic response as well the service life of the investigated highway reinforced concrete bridge, when subjected to dynamic actions from the heavy vehicles traffic on the deck pavement surface.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Ao longo dos anos, inúmeros estádios de futebol no Brasil têm sido projetados para suportar as cargas acidentais (carga de pessoas) como sendo do tipo estática (4kN/m2). Entretanto, ultimamente com base na mudança do comportamento do público, especialmente em jogos de futebol, através da ação de torcidas organizadas e, ainda, com o emprego desses estádios para shows de música, os sistemas estruturais passaram a sofrer um maior impacto pela natureza dinâmica dos carregamentos solicitantes. Assim sendo, alguns destes estádios passaram a apresentar problemas de vibrações excessivas e tornou-se necessária a consideração efetiva das cargas dinâmicas nos projetos estruturais. Deste modo, este trabalho de pesquisa objetiva o estudo do comportamento dinâmico e avaliação do desempenho do sistema estrutural das arquibancadas do Estádio Nacional de Brasília, no que diz respeito ao conforto humano. Cabe ressaltar que o referido estádio foi projetado e construído para ser utilizado na Copa do Mundo de 2014, realizada no Brasil. Os resultados alcançados ao longo do desenvolvimento deste estudo são confrontados com aqueles fornecidos por normas e recomendações internacionais de projeto. Os resultados revelam a importância da análise dinâmica para o projeto de estádios de futebol, no que tange a obtenção de dados relevantes para o conforto humano e, bem como, segurança dos usuários desse tipo de estrutura. / Over the years, many soccer stadiums in Brazil have been designed to withstand accidental loads (people loads) to be of static type (4kN/m2). However, based on the changes in the peoples behaviour, especially in soccer matches, through the action of groups of fans and also with the use of these structures for music shows, these structural systems have been subjected to dynamic impacts related to the dynamic nature of the applied loads. Therefore, some of these stadiums have presented excessive vibration problems and have required an effective consideration of the dynamic loadings in the structural design. This way, this research aims to study the dynamic behaviour and evaluate the structural system performance of the Brasilia National Stadium grandstands, when the human comfort is considered. It should be noted that the stadium was designed and constructed to be used at the World Cup 2014, held in Brazil. The results achieved during the development of this study are compared with those provided by design standards and international recommendations. The presented results show the relevance of the dynamic analysis in the structural design of soccer stadiums, with respect to obtaining relevant data for human comfort and as well safety of users of this type of structure.

Este trabalho de pesquisa apresenta como objetivo principal o desenvolvimento de investigação experimental dinâmica sobre estrutura real de uma passarela tubular mista aço-concreto. O sistema estrutural objeto deste trabalho corresponde a uma passarela composta por três vãos (32,5m, 17,5m e 20,0m, respectivamente) e dois balanços (7,50m e 5,0m, respectivamente), com comprimento total de 82,5m. A passarela com estrutura contínua de aço com as ligações soldadas se apoia em quatro pórticos também de aço. Estruturalmente está constituída por duas treliças planas que se interligam através de contraventamentos horizontais fixados na corda superior e inferior da treliça e lajes de concreto, formando um sistema misto com interação completa. A estrutura está submetida correntemente à travessia de pedestres e ciclistas. Testes experimentais foram realizados sobre o sistema estrutural e confrontados com resultados numéricos. Para a modelagem numérica do sistema são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Os resultados experimentais são analisados de acordo com a metodologia desenvolvida, sendo realizada análise modal experimental para a determinação das propriedades dinâmicas: freqüências, modos e taxa de amortecimento, enquanto que os resultados da estrutura, em termos de aceleração de pico, são comparados com os valores limites propostos por diversos autores, normas e recomendações de projeto, para uma avaliação do desempenho da estrutura em relação a vibração quando solicitada pelo caminhar dos pedestres no que diz respeito a critério para conforto humano. / This research has as main objective the development of a dynamical experimental investigation of a real structure a tubular composite steel-concrete footbridge. The structural system of this study corresponds to a footbridge composed by three spans (32,5m, 17,5m and 20,0m, respectively) and two overhangs (7,50m and 5,0m, respectively), spanning 82,5m. The investigated structural model is composed by a continuous tubular steel structure with welded connections supported by four double file steel columns. It is structurally composed of two plane trusses are intertwined by horizontal bracing set in upper and lower chord of the truss and slabs of concrete, forming effective composite with complete interaction. This structure is currently submitted to pedestrians and cyclists crossing. Experimental tests were carried out on the structural system and with the numerical results. For the numerical modeling, discretization techniques via finite element method were applied, based on the ANSYS program. The experimental results were analyzed according to the developed methodology, and a modal analysis was implemented to determine the dynamical properties: frequencies, mode shapes and modal damping ratio, while the structure results in terms of peak acceleration, was obtained and compared to the limit values proposed by several authors and design recommendations, for the structure performance by pedestrian walking regarding the acceptance criteria for human comfort.

Esta tese tem por objetivo apresentar um estudo sistemático da resolução,em duas dimensões espaciais, de problemas de espalhamento de ondas eletromagnéticas por meios condutores e meios dielétricos homogêneos e heterogêneos, envolvendo fontes singulares, números de onda elevados e condições de contorno absorventes, modelados pela equação de Helmholtz. A resolução dessa classe de problemas pelo Método dos Elementos Finitos apresenta dificuldades de várias ordens. A primeira decorre da presença de fontes singulares, tendo sido superada pela adoção de uma técnica de remoção de singularidades. Uma outra decorre do caráter indefinido do operador de Helmholtz para números de onda elevados, o que resulta em um erro de aproximação denominado erro de poluição. A minimização desse erro foi obtida utilizando-se a nova formulação de Petrov-Galerkin, com funções peso quase ótimas, denominada método Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG). O método QOPG, originalmente desenvolvido para meios homogêneos, foi adaptado para tratar problemas em meios heterogêneos. Finalmente, consideram-se os efeitos das condições de contorno absorventes de Bayliss-Turkel sobre a qualidade das soluções obtidas. / This thesis aims at presenting a systematic study of resolution of two-dimensional problems of electromagnetic wave scattering, by conducting and homogeneous or non-homogeneous dielectric media, involving singular sources, large wavenumbers and absorbing boundary conditions, governed by the scalar Helmholtz equation. The resolution of this class of problems through the Finite Element Method, raises several orders of difficulty. The first one comes from the presence of singular sources, having been overcome by adopting a technique of singularity removal. Another one is related to the undefined character of the Helmholtz operator for large wavenumbers, which results in the so-called pollution error of the approximated solution. This error is minimized through a new formulation of Petrov-Galerkin, using quasi optimal weighting functions, called Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) method. The QOPG method, originally developed for homogeneous media, is extended to treating problems with non-homogeneous media as well. Finally, the effects of Bayliss-Turkel absorbing boundary conditions on the quality of the numerical solutions is also evaluated.

In this thesis, computational modelling and numerical simulations are developed for construction architecture, to make possible project configuration evaluations and testing of possible improvements, both in the pre-occupancy and in the post-occupancy phases, aiming at comfort of building environments. These improvements are introduced here by simple changes to original designs targeting the functional quality increasing of the buildings with low financial and environmental costs. Attention is paid, in this work, to the following comfort variables: air circulation (velocity field), temperature and pollutant concentration, considering radiation, convection and building envelope materials. A coupled mathematical model is presented for velocity, temperature and concentration variables through the conservation equations for mass, momentum, energy and species, and variable boundary conditions can be used. Numerical solutions for the mathematical model are obtained by a stabilyzed mixed finite element method that allows to deal with the diffulties in constructing approximation spaces for problems with internal constraint and non-linearities of the convective type. It is also proposed in this thesis a global circulation index capable of identifying, from the simulation results, the windd intensity by level ranges and by rooms. Changes are proposed to original internal environmentes through openings locations, wall shapes and outdoor volumes placements. Some wind-catcher models, typical from north Africa, are studied, and it is suggested here the potentiality of theis usage in the hot and dry regions of Brazil. The usefulness of this alternative system is also proposed and tested here for some buildings located in the city of Rio de Janeiro. / Nesta tese, modelagem computacional e simulação numérica são desenvolvidas para arquitetura, com o objetivo de permitir avaliação de configurações de projetos e testes de possíveis melhorias, tanto na fase pré-ocupacional, como na pós-ocupacional, visando conforto em ambientes construídos. Essas melhorias são aqui introduzidas a partir de alterações de simples execução sobre os projetos originais, objetivando o incremento da qualidade funcional das construções, a baixos custos financeiros e ambientais. Este trabalho, assim, atenta para as variáveis de conforto de circulação do ar (campo de velocidades), temperatura e concentração de poluentes levando em conta radiação, convecção e materiais da envoltória. É apresentado um modelo matemático acoplado para as variáveis velocidade, temperatura e concentração através das equações de conservação de massa, de momento, de energia e de espécies; e estão previstas condições de contorno variáveis. As soluções numéricas para o modelo matemático são aqui obtidas via um método estabilizado de elementos finitos mistos, que permite lidar com as dificuldades de construção de espaços de aproximação para problemas que envolvem restrições internas e não linearidades do tipo convectivo. Propõe-se também nesta tese um índice de circulação global capaz de, a partir dos resultados das simulações, identificar a intensidade de vento, por faixas e por ambientes. São propostas alterações em projetos originais de ambientes internos através de localização de aberturas, formato de paredes e posicionamento de volumes exteriores. São estudados alguns casos de captadores de vento típicos do norte da África e indica-se, aqui, sua potencialidade para regiões quentes e secas do Brasil. Sua utilização é também proposta e testada para algumas residências da cidade do Rio de Janeiro.