O fenômeno da capilaridade na escala macroscópica é descrito pela teoria capilar (TC) que se utiliza de superfícies contínuas para modelar as interfaces formadas entre dois meios, sendo um líquido e o outro líquido, gasoso, sólido. A TC é empregada em diversas áreas da biologia, ambientes de microgravidade e em aplicações na escala nanométrica, como no microscópio de força atômica. Essa aproximação por superfícies contínuas pode não ser adequada para sistemas na escala nanométrica, em que são reportados comportamentos anômalos como no preenchimento de líquidos em nanocanais e nanotubos de carbono, oscilações nas medidas de força de adesão capilar e grandes valores de pressões de Laplace negativas. Esses fatos motivam o estudo do fenômeno da capilaridade na escala nanométrica por meio de simulações computacionais. Aqui, utilizamos a dinâmica molecular para estudar a interface de gotas e pontes capilares constituídas de água do modelo SPC/E com volumes da ordem de 100 nanômetros cúbicos e aderidas a placas de cristobalita hidrofóbicas/hidrofílicas. Comparamos as propriedades dessas gotas e pontes capilares com as previsões da TC macroscópica, que são baseadas nos ajustes dos perfis e em cálculos analíticos. Especificamente, confrontamos os perfis das interfaces, os ângulos de contato, as forças de adesão capilar, as pressões de Laplace e o valor da tensão superficial da água. Essas análises foram divididas em três etapas. Na primeira etapa, estudamos as gotas e pontes capilares com simetrias axial e translacional, em que a altura da ponte capilar permaneceu constante. Na segunda etapa, focamos nossos estudos nas pontes capilares com simetria axial (ponte SA) e estudamos o processo de ruptura dessa. Finalmente, na terceira etapa, estudamos as flutuações, que não são previstas pela TC, em sistemas mais simples, como no caso de gotas livres, que não estão aderidas a placas, e em gotas com simetria axial. Mostramos que a TC macroscópica é capaz de explicar satisfatoriamente sistemas com volumes da ordem de 100 nanômetros cúbicos, em que submetemos nossos resultados a comparações rigorosas das soluções analíticas da TC, sendo essa capaz de prever a dependência do ângulo de contato nas alturas das rupturas das ponte SA e os volumes das gotas formadas após a ruptura. / The capillarity phenomenon at macroscopic scale are described by the capillarity theory (CT), which uses continuous surfaces to model the interfaces formed between two media, wherever one medium is liquid and the other can be liquid, gas or solid. The CT is employed in several areas ranging from biology, microgravity environments and applications on the nanoscale, such as in the atomic force microscope. However, the continuous approach may not be adequate for systems at nanoscale, where anomalous behaviors have been reported, such as the filling of liquids in nanochannels and carbon nanotubes, oscillations in measurements of capillary adhesion force and large negative values of Laplace pressures. These facts motivate the study of capillarity phenomenon at the nanometric scale by computational simulations. Here, we use the molecular dynamics to study the droplets and capillary bridges interfaces composed of SPC/E water model and volumes in the order of 100 cubic nanometer, and attached to hydrophobic/hydrophilic cristobalite walls. We have compared the droplets and capillary bridges properties with the macroscopic CT predictions, which are based on profile fitting and analytic calculations. Specifically, we have compared the interface profiles, the contact angles, the capillary adhesion forces, the Laplace pressures and the water surface tension. These analyzes were divided into three steps. In the first step, we have studied droplets and capillary bridges with axial and translational symmetries, where the capillary bridge height remained constant. In the second step, we have focused our studies on capillary bridges with axial symmetry (AS bridge), and we have studied the bridges rupture process. Finally, in the third step, we have studied the fluctuations, which are not predicted by the CT, in simpler systems, such as free droplets, which are not attached to walls, and droplets with axial symmetry. We have shown that the macroscopic CT is able to satisfactorily predict systems with volumes in the order of 100 cubic nanometer, in which we have been submitted our results to rigorous comparisons to the analytic CT solutions, which is able to predict the dependence of contact angle on the AS bridge rupture heights, and the volumes of droplets formed after rupture.

Os métodos existentes para a previsão da posição de átomos de hidrogênio em proteínas são todos baseados na simulação computacional de modelos construídos a partir de características físicas e (ou) químicas das moléculas. A abordagem proposta neste trabalho faz uso de técnicas inteligentes para a predição da posição de átomos de hidrogênio contidos em grupos hidroxilas (OH) pertencentes à cadeias laterais dos aminoácidos serina, treonina e tirosina. Estas técnicas inteligentes são utilizadas em duas fases para a solução do problema proposto: o preprocessamento dos dados e a predição da posição do átomo de hidrogênio. Na fase de preprocessamento, informações sobre os padrões de ligações hidrogênio existentes em moléculas de proteínas são extraídas da base PDB (Protein Data Bank) e reunidas em agrupamentos. A base de dados PDB é a principal base internacional que disponibiliza publicamente a estrutura espacial de biomoléculas, principalmente proteínas e ácidos nucléicos, cujas estruturas espacias foram determinadas através de métodos experimentais. Os padrões de ligações hidrogênio obtidos da base de dados são agrupados por similaridade através de um novo algoritimo proposto, o algoritmo de agrupamento por fusão. Este novo algoritmo de agrupamento foi criado com o propósito de tratar dados com distribuição não uniforme, isolando padrões de entrada muito diferentes da média em agrupamento separados. Após o agrupamento, os padrões de ligações hidrogênio contidos em um grupo têm suas estruturas espaciais superpostas (alinhamento das geometrias dos padrões) através de operações espaciais de translação e rotações, coordenadas pelo uso de um algoritmo genético. Na fase de predição, os padrões já superpostos contidos em cada agrupamento gerado, são utilizados para o treinamento de uma rede neural de arquitetura MLP (multi layer perceptron) para a predição da posição do átomo de hidrogênio contido no padrão. Uma parte dos padrões contidos no agrupamento não são usados para o treinamento da rede e reservados para o teste da capacidade da rede neural inferir a posição do hidrogênio após o treinamento. Para cada agrupamento é treinada uma rede individual, de forma que os parâmetros livres da rede neural sejam calibrados para os dados específicos do agrupamento para o qual a rede neural foi treinada. Após diversas alterações de metodogia ao longo dos experimentos computacionais realizados, a nova abordagem proposta mostrouse eficaz, com um bom índice de acerto na predição da posição do hidrogênio após o treino da rede neural, para padrões de ligações hidrogênio previamente superpostos em agrupamentos / The existing methods for the prediction of the position of hydrogen atoms in proteins are all based on computer simulation models constructed from physical and(or) chemical properties of molecules. The approach proposed in this paper makes use of intelligent techniques for clustering the patterns of hydrogen bonds by similarity, these patterns extracted from the spatial structure of protein molecules, recorded in the files of the PDB (Protein Data Bank). A new algorithm, which allows clustering of data with nonuniform distribution was developed for this purpose. To align spatialy these patterns already grouped in a cluster is used a genetic algorithm that rotates the patterns each other in a way to obtain the aligment of them. The prediction of the position of atoms of hydrogen is done by the training of a MLP (multi layer perceptron) neural network that uses as input the data of the patterns of hydrogen bond contained in a given cluster, previously aligned. The new approach proved to be effective, with a good rate of success in the prediction of the position of hydrogen atoms contained in a cluster after training the neural network

O crescente desenvolvimento na indústria de transporte tornou-se um tema de pesquisa em diversos países, uma vez que as obras de arte especiais até então construídas não foram projetadas para as elevadas cargas atualmente transportadas. Mostra-se necessária uma reavaliação de como a ação do carregamento móvel é levada em consideração. Dessa forma, elaborou-se um estudo de normas e códigos de diversos países sobre o tema. Definem-se algumas combinações de veículos de cargas (CVCs) e analisam-se as conseqüências e a viabilidade do tráfego das mesmas. Essa análise é realizada através da comparação dos esforços solicitantes provocados pelas CVCs e pelos veículos previstos por normas em diversos sistemas estruturais e por meio da verificação da capacidade portante de um projeto típico. Objetivando-se encontrar uma solução que se adequasse à realidade brasileira, é elaborado um estudo sobre como outros países vêm tratando a questão das combinações de veículos de cargas especiais. Ao final do trabalho, constata-se a existência de CVCs que, apesar de atenderem às exigências estabelecidas pelo Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN), são incompatíveis com a as pontes da malha viária nacional. / The increasing development in the transport industry has become a research topic in several countries, once the bridges constructions built to date were not originally designed to support the ever increasing heavy loads nowadays being transported. It is thus necessary a re-evaluation of how the action of live loading is taken in consideration. A study of the codes and specifications of several countries is elaborated. It is defined some cases of combinations of special load vehicles (CVCs) and it is analyzed the consequences and viability of their traffic. This analyses is done by comparing the efforts caused by the CVC\'s to the other normative vehicles in various structural systems and by the verification of the strength capacity of a typical project. In order to find a solution in accordance with the Brazilian reality, a study is elaborated on how other countries manage the combinations of special load vehicles issue. Among other conclusions of this research, it is worth noting that there are CVC\'s that attend the standards established by the National Council of Transportation (CONTRAN) but are not compatible with the bridges of national roads.

O emprego de uma estrutura mista de aço – concreto (laje em concreto e vigas em perfis de aço) representa a priori uma solução mais eficiente para estruturas de pontes do que a consideração de uma estrutura toda em concreto ou toda em aço. No entanto para que isto ocorra na prática é necessário um dimensionamento criterioso desta estrutura, o que deve ser feito tendo como apoio softwares de simulação numérica. No CEMACOM tem sido desenvolvidos vários trabalhos nesse tema, os quais resultaram num código computacional com capacidade para simular vigas mistas submetidas a cargas de curta duração ou cargas de longa duração. Em contraponto, nesse trabalho a proposta é customizar um software comercial de elementos finitos (ANSYS) para realizar as mesmas tarefas. Depois do modelo construído tem se vantagens pois se dispõe da plataforma do ANSYS que permite analisar vários problemas associados ao assunto. Fez-se uma proposta de modelo numérico para se analisar vigas mistas no ANSYS. Tendo como ponto de partida os trabalhos de Lazzari (2015) e Lazzari et al. (2016) para a implementação do comportamento do concreto, fez-se algumas implementações numa rotina tipo usermat para fazer análises de cargas de curta duração. Os efeitos de longa duração, fluência e retração, foram implementados na rotina usermat tendo como base os trabalhos de Dias (2013) e Moreno (2016). O código customizado foi comparado contra resultados experimentais e numéricos que demonstraram o adequado funcionamento do mesmo. Finalmente o ANSYS customizado foi aplicado para modelar uma estrutura de ponte que havia sido previamente calculada por Schmitz (2014) empregando procedimentos de projeto normalizados. Os resultados obtidos são comparados contra o processo normalizado e são apresentadas as vantagens deste processo. / The use of composite steel and concrete structures (concrete deck and steel profile beams) represents a priori a more efficient solution for bridges structure than the consideration of a whole structure with concrete or whole with steel. However for this to occur in practice it is necessary a consistent design of this structure, and this should be done with the support of softwares of numerical simulations. In CEMACOM have been developed many works in this theme, which resulted on a computational code with the capacity for simulate composite beams submitted to loads with short duration or loads with long duration. In counterpoint, in this work the proposal was to customize a commercial software of finite elements (ANSYS) to do the same tasks. After the construction of the model it have advantages because it is able to use the ANSYS platform, which permit to analyze various problems associated with this subject. It was done a numerical model for analysis of composite beams in ANSYS. Considering as the start point the works of Lazzari (2015) and Lazzari et al. (2016) for the implementation of concrete behavior, some implementations were done in a routine of the type usermat to make analysis with loads with short duration. The effects of long duration, creep and shrinkage, were implemented on the usermat routine considering the jobs of Dias (2013) and Moreno (2016). The customized code was compared with experimental and numerical results that demonstrated a proper functioning. Finally, the customized ANSYS was applied to modeling a bridge structure, which was previously designed in Schmitz (2014) using standard proceedings. The obtained results are compared with the standard procedure and it is presented the advantages of this more complex proceeding.

Estudos sobre a instabilidade aeroelástica em estruturas de pontes suspensas têm adquirido relevante destaque no âmbito das pesquisas em engenharia do vento nos últimos anos, haja vista que as definições resultantes dessa análise apresentam informações essenciais ao projeto, cálculo e concepção desse tipo de estrutura. Considerando que os escoamentos ao redor de pontes suspensas apresentam características turbulentas, o conhecimento acerca desse fenômeno torna-se fundamental para a análise da interação vento-ponte, estabelecendo a turbulência como uma importante e complexa vertente dentro dessa pesquisa. Nesse contexto, o presente trabalho visa contribuir com o tema através da análise numérica da ação do vento na seção transversal do tabuleiro de pontes suspensas, verificando seu comportamento quando estiverem submetidas à ação dos esforços provenientes do vento na interação de um escoamento turbulento com o tabuleiro da ponte. No trabalho foi investigada a atuação dos esforços aerodinâmicos na estrutura da ponte, ensejando na obtenção dos coeficientes aerodinâmicos de arrasto, sustentação e momento. Também foi analisado o comportamento do tabuleiro para o surgimento das vibrações induzidas por vórtices, permitindo o cálculo da frequência de desprendimento de vórtices e determinação do número de Strouhal. No que tange aos esforços aeroelásticos para o estudo específico do drapejamento (flutter), foram avaliadas as amplitudes de deslocamentos torcionais para o cálculo e obtenção da velocidade crítica do vento que acarreta o fenômeno do flutter. Juntamente com as análises aerodinâmicas e aeroelásticas da seção transversal da ponte, diferentes modelos de turbulência foram aplicados nas simulações para se estabelecer uma análise comparativa entre os escoamentos. As simulações computacionais desenvolvidas e apresentadas neste trabalho foram realizadas com auxílio de um programa de CFD (Computational Fluid Dynamics). Os modelos de ponte utilizados no trabalho foram o da ponte suspensa Great Belt East, localizada na Dinamarca e da ponte estaiada Sunshine Skyway, localizada nos Estados Unidos. Para validação da técnica computacional, os resultados das simulações foram comparados com dados numéricos e experimentais disponíveis na literatura. / Researches about aeroelastic instability in long span suspension bridges have been consistently the focus in wind engineering field in recent years, therefore the definitions from that study present essential information to design and construction of this type of road structure. Considering that fluid flows around bridges show some turbulent features, the knowledge about turbulence become critical for this wind-bridge interaction analysis, establishing the turbulence modeling study as an important and complex part within that research. According to this context, the meaning of this research was to contribute with numerical analysis of wind effects on a suspension bridge deck, verifying its behavior when this model is subjected to the action of wind loads from a turbulent fluid flow. The bridge aerodynamic behaviour was investigated and aerodynamic coefficients of drag, lift and moment were calculated. Flow induced vibrations were also analyzed for the bridge deck model, allowing it to obtain the vortex shedding frequency and Strouhal number. With regard to aeroelasticity and focusing on flutter study, the amplitudes of torsional displacements were evaluated as well as the analysis of critical wind velocity that causes flutter instabilities. Along with aerodynamic and aeroelastic analysis of the bridge deck cross sectional, fluid flow features were studied and compared applying several turbulence models to simulations. The numerical approach developed and shown in this work was performed by CFD (Computational Fluid Dynamics) software. The bridge deck models used at this dissertation were the Great Belt East suspension bridge, located in Denmark and the Sunshine Skyway cable stayed bridge, located in USA. In order to validate the computational technique, simulation results from this research were compared with numerical and experimental test data available in papers and literature.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Área de Especialização de Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de doutoramento. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Estruturas Mistas de Aço-Concreto têm sido usadas extensivamente na construção de pontes e viadutos urbanos, especialmente a partir da segunda metade do século XX. A popularidade desse tipo de solução, com seções caixão, cresceu devido a sua alta capacidade à flexão, rigidez à torção e uma seção transversal fechada que reduz a superfície exposta a corrosão. Este trabalho discorre sobre o comportamento estrutural, procedimentos de análise e verificação em Estado Limite Último (ELU) de pontes mistas de seção caixão com aplicação de protensão externa. Em vista da escassez de literatura sobre o assunto e inexistência de norma brasileira, o trabalho objetiva produzir um roteiro de análise para a determinação da capacidade à flexão em ELU de estruturas mistas de seção caixão protendidas. Embasado na norma americana AASHTO-LRFD:2012 e na revisão bibliográfica, propôs-se um estudo de caso para verificação/dimensionamento analíticos da estrutura, tratando de Momentos Fletores Resistentes (positivos e negativos), Esforço Cortante Resistente e conectores de cisalhamento. Após esta etapa inicial, aplicou-se protensão à estrutura e, por meio de métodos analíticos, e auxílio do método dos trabalhos virtuais, obtiveram-se as perdas de protensão e a relação entre a deformação adicional do cabo de protensão em função do momento externo aplicado à estrutura. Deste modo pôde-se fazer o equilíbrio de forças horizontais, através do método da Bissecção, e obter-se o valor de incremento de Momentos Fletores Positivos e Negativos Resistentes da estrutura. Observou-se, com a protensão, um aumento de resistência importante na região de Momentos Fletores Negativos em ELU (~40%); para a região de flexão positiva esse incremento foi pouco superior a 7%, em relação à estrutura nãoprotendida. Por fim, modelou-se a estrutura em elementos finitos de casca com o software SAP2000, a fim de confrontar a análise inicial, feita em modelo de barras de pórtico espacial, preconizada pela norma AASHTO-LRFD:2012. Os resultados mostram que o modelo em barras de pórtico espacial, em termos de deslocamentos e tensões, é adequado à análise deste tipo de estrutura. / Steel-Concrete Composite Strutures have been used extensively in the construction of bridges and urban viaducts, especially from the second half of the twentieth century. The popularity of this type of solution, with box sections, has increased due to its high flexural capacity and torsion stiffness combined with a closed cross section that reduces the exposed surface to corrosion. This paper discusses the structural behavior, analysis and verification procedures in the Ultimate Limite State (ULS) of Composite Box Girder Bridges with application of external prestressing. In view of the paucity of literature on the subject and the absence of Brazilian standard, this work aims to produce a analysis script to determine the flexural capacity of prestressed composite box girder structures in ULS. Grounded in the American Standard AASHTO-LRFD:2012 and the literature review, we propose a case study for analytical verification/dimensioning of the structure, concerning positive and negative bending moments, shear and shear connectors. After this initial stage, prestressing was applied to the structure, and with de aid of analytical methods, and the virtual work method, the prestress losses and the relation between the additional strain of the tendons and the external applied moment were obtained. Thus, it was possible to make the horizontal forces balance through the Bisection Method and obtain the increment of positive and negative flexion strength. It was observed, with prestressing, an important increase of capacity in the negative bending region for ULS (~40%); for the positive bending region, the increase was somewhat higher than 7%, compared with the non-prestressed structure. Finally, a finite element model with shell elements was held with aid of the software SAP2000 to confront the initial analysis, made in space frame bars model, recommended by AASHTO-LRFD:2012 standard. The results show that the space frame bars model, in terms of displacements and stresses, is appropriate to analyze this type of structure.

As pontes são importantes elementos no desenvolvimento da infraestrutura de uma nação, possibilitando conexões de pessoas e bens. A ação do vento em pontes é um dos fatores determinantes no seu projeto. O efeito da ação do vento em tabuleiros de pontes pode, no limite, levar uma estrutura ao colapso. São inúmeras as formas das seções transversais que os tabuleiros podem apresentar; para cada uma delas os coeficientes de pressão são diferentes. Na Norma Brasileira de pontes (NBR 7187, 2003), a carga de vento é indicada no item 7.2.3 como uma ação variável que deve ser calculada de acordo com a Norma Brasileira de vento (NBR 6123, 1988). Entretanto, nesta não há considerações em relação à ação do vento em tabuleiros de pontes. Ou seja, em nossas normas há uma lacuna que precisa ser preenchida. Faltam informações, as quais são imprescindíveis para a elaboração de projetos e resolução de problemas existentes. Atualmente, a realização de ensaios em túnel de vento é a melhor forma de estimar a resposta de pontes sob a ação do vento. Esta pesquisa visa a aprimorar a fase de projeto de pontes através da sugestão, para complementação da Norma Brasileira de ventos NBR6123/88, de um item específico referente a coeficientes aerodinâmicos de distintas seções transversais de tabuleiros de pontes. Foram realizados ensaios em túnel de vento no Laboratório de Aerodinâmica das Construções da UFRGS (Porto Alegre, BR) de cinco seções transversais de tabuleiros de pontes. Os dados obtidos foram comparados com os de seções ensaiadas previamente. Os resultados são apresentados em termos de coeficientes de arrasto, sustentação e torção. Conclui-se que a geração dos novos resultados, bem como a disponibilização de dados específicos para diferentes formas de tabuleiros de pontes, contribuirá para a execução de projetos de estruturas de pontes mais otimizados. / Bridges are important elements on the development of a nation, allowing connections between people and goods. The wind action on bridges is one of the determine factors in bridge design. The wind action effect on bridge decks could take a bridge to its collapse. A bridge deck can have numerous shapes: for each one of them the aerodynamic coefficients are unique. In the Brazilian bridge code(NBR 7187, 2003), item 7.2.3, the wind load is presented as a variable action that must be evaluated accordingly to the Brazilian wind code(NBR 6123, 1988). Nevertheless, in the latter there isn’t any consideration regarding to the wind action on bridge decks. Hence, in our codes there is a gap that needs to be filled. There is some information missing, which is essential to the development of bridges design and to solve existing problems. Nowadays, producing experiments on wind tunnels is the best way to estimate the response of bridges submitted to wind actions. This research aims the improvement of bridge design with a suggestion of an introduction of a new item into the Brazilian wind code, specifically related to aerodynamic coefficients for distinct cross sections of bridge decks. Five different cross sections were tested on the wind tunnel at the Laboratório de Aerodinâmica das Construções of UFRGS (Porto Alegre, RS). The data acquired was compared to data obtained from previous experiments of different cross sections. The results are presented as drag, lift and torsion coefficients. In conclusion, the increase of data as well as the availability of data from different shapes of bridge decks will contribute to improved bridge design.