Este trabalho busca aplicar técnicas de confiabilidade ao problema de grupo de estacas utilizadas como fundação de estruturas correntes. Para isso, lança-se mão de um modelo tridimensional de interação estaca-solo onde estão presentes o Método dos Elementos de Contorno (MEC) e o método dos Elementos Finitos (MEF) que atuam de forma acoplada. O MEC, com as soluções fundamentais de Mindlin (meio semi-infinito, homogêneo, isotrópico e elástico-linear é utiliza), é utilizado para modelar o solo. Já o MEF é utilizado para modelar as estacas. Definido o modelo de funcionamento estrutural das estacas, parte-se para a aplicação de métodos trazidos da confiabilidade estrutural para avaliação da adequabilidade em relação aos estados limite de serviço e estados limites últimos. Os métodos de confiabilidade utilizados foram o Método de Monte Carlo, o método FOSM (First-Order Second-Moment) e o método FORM (First-Order Reliability Method). / This work seeks to apply reliability techniques to the problem of piles groups used as current structures foundation. For this, makes use of a three-dimensional model of pile-soil interaction with the boundary element method (BEM) and the finite element method (FEM) working coupled. The BEM, with Mindlin fundamental solutions (semi-infinite medium, homogeneous, isotropic and linear elastic) is used to model the soil. The MEF is used to model the piles. Defined the model of structural functioning of the piles, the aim goes to the application of structural reliability for assessing the adequacy of the serviceability limit states and ultimate limit states. Reliability methods used were the Monte Carlo method, the FOSM (First-Order Second-Moment) method and the FORM method (First-Order Reliability Method).

O presente trabalho apresenta uma formulação misto do MEC (Método dos Elementos de Contorno) e o MEF (Método dos Elementos Finitos). Nessa formulação, as estacas são modeladas através do MEF como elementos de barra e o solo através do MEC, como um meio contínuo, elástico linear, isótropo e homogêneo, utilizando as soluções fundamentais de MINDLIN (1936). Os sistemas de equações do solo e das estacas para elementos verticais são apresentados como uma combinação de ambos, originando um único sistema final de equações. Apresentam-se também as modificações necessárias para um sistema composto por estacas inclinadas. Após a resolução do sistema final, obtém-se os deslocamentos e as tensões de contato solo-estaca. A seguir, apresentam-se alguns exemplos numéricos obtidos a partir da formulação proposta e compara-se com modelos de outros autores. / This work presents a hybrid formulation of BEM (Boundary Elements Method) and FEM (Finite Elements Method). In that formulation, the piles are modeled through FEM as bar elements and the soil through BEM, as an isotropic, homogeneous, semi-infinite and linear-elastic continuum, using the fundamental solutions of MINDLIN (1936). The systems of equations of the soil and of the piles for vertical elements are presented as a combination of both, originating a single final system of equations. Some modifications are accomplished for the system of inclinated piles. After the resolution of the final system, the displacements and the contact tensions between soil and pile are obtained. Numeric examples are obtained starting from the proposed formulation and to proceed they are compared with other authors\' models.

Neste trabalho, é desenvolvido um programa de computador para a análise estática e tridimensional de problemas de interação solo-estrutura. O programa permite considerar várias camadas de solo, cada qual com características físicas diferentes. Sobre este solo, o qual pode conter estacas, podem ser apoiados diversos tipos de estruturas, tais como placas e até um edifício. Todos os materiais considerados são homogêneos, isotrópicos, elásticos e lineares. O solo tridimensional é modelado com o método dos elementos de contorno (MEC), empregando as soluções fundamentais de Kelvin e uma técnica alternativa na consideração do maciço não-homogêneo. Esta técnica, que é uma contribuição original deste trabalho, é baseada no relacionamento das soluções fundamentais de deslocamento dos diferentes domínios, permitindo que sejam analisados como um único sólido sem a necessidade de equações de equilíbrio e compatibilidade. Isso reduz o sistema de equações final e melhora a precisão dos resultados, conforme comprovado nos exemplos apresentados. Para reduzir o custo computacional sem prejudicar a precisão dos resultados, é utilizada uma malha de elementos de contorno infinitos (ECI) nas bordas da malha de ECs para modelar o comportamento das variáveis de campo em longas distâncias. A formulação do ECI mapeado utilizado é outra contribuição original deste trabalho, sendo baseado em um EC triangular. É demonstrado por meio de exemplos que tal formulação é eficiente para a redução de malha, contribuindo de forma significativa na redução do custo computacional. Todas as estruturas que interagem com o solo, incluindo as de fundação, são simuladas empregando o método dos elementos finitos (MEF). Cada estaca é modelada como uma linha de carga empregando um único elemento finito com 14 parâmetros nodais, o qual utiliza funções de forma do quarto grau para aproximar os deslocamentos horizontais, do terceiro grau para as forças horizontais e deslocamentos verticais, do segundo grau para as forças cisalhantes verticais e constantes para as reações da base. Este elemento é empregado em outros trabalhos, no entanto os autores utilizam as soluções fundamentais de Mindlin na consideração da presença da estaca no solo. Desta forma, a formulação desenvolvida neste trabalho com as soluções fundamentais de Kelvin pode ser considerada mais uma contribuição original. No edifício, que pode incluir um radier como estrutura de fundação, são utilizados dois tipos de EFs. Os pilares e vigas são simulados com elementos de barra, os quais possuem dois nós e seis graus de liberdade por nó. As lajes e o radier são modelados empregando elementos planos, triangulares e com três nós. Nestes EFs triangulares são superpostos efeitos de membrana e flexão, totalizando também seis graus de liberdade por nó. O acoplamento MEC/MEF é feito transformando as cargas de superfície do MEC em carregamentos nodais reativos no MEF. Além de exemplos específicos nos Capítulos teóricos, um Capítulo inteiro é dedicado a demonstrar a abrangência e precisão da formulação desenvolvida, comparando-a com resultados de outros autores. / In this work, a computer code is developed for the static analysis of three-dimensional soil-structure interaction problems. The program allows considering a layered soil, which may contain piles. This soil may support several structures, such as shells or even an entire building. All materials are considered homogeneous, isotropic, elastic and linear. The three-dimensional soil is modeled with the boundary element method (BEM), employing Kelvin fundamental solutions and an alternative multi-region technique. This technique, which is an original contribution of this work, is based on relating the displacement fundamental solution of the different domains, allowing evaluating them as an unique solid and not requiring compatibility or equilibrium equations. In such a way, the final system of equations is reduced and more accurate results are obtained, as demonstrated in the presented examples. In order to reduce the computational cost maintaining the accuracy, an infinite boundary element (IBE) mesh is employed at the BE mesh limits to model the far field behavior. The mapped IBE utilized, based on a triangular EC, is another original contribution of this work. In the presented examples it is demonstrated that this IBE formulation is efficient for mesh reduction, implying on a significant computational cost reduction. All structures that interact with the soil, including the foundations, are simulated with de finite element method (FEM). The piles are modeled using a one-dimensional 14 parameter finite element, with forth degree shape functions for horizontal displacement approximation, third degree shape functions for horizontal forces and vertical displacement, second degree shape functions for vertical share force, and constant for the base reaction. This element is employed in other works, however the authors utilize Mindlin fundamental solutions for the pile presence consideration in the soil. In such a way, the formulation developed in this work with Kelvin fundamental solutions may be considered one more original contribution. The building, which may include a radier as a foundation structure, is modeled using two types os FEs. Piles and beams are simulated using bar FEs with two nodes and six degrees of freedom per node. The radier and pavements are modeled employing plane triangular three-node FEs. In these FEs plate and membrane effects are superposed, totalizing six degrees of freedom per node. FEM/BEM coupling is made by transforming the BEM tractions in nodal reactions in the FEM. Even though specific examples are presented in the theoretical Chapters, a role Chapter is dedicated for demonstrating the formulation accuracy and coverage. In most examples, the results are compared with the ones obtained by other authors.

Apresenta-se neste trabalho, uma formulação de cascas laminadas anisotrópicas enrijecidas ou não, considerando-se não-linearidade física com lei de fluxo não-associativa e acoplamento com meio contínuo tridimensional viscoelástico. Para tanto, são desenvolvidos elementos finitos triangulares planos com aproximação cúbica de variáveis para modelagem das cascas e elementos de barra de mesma aproximação para os elementos de barra geral (enrijecedores). A cinemática de laminados, ou Reissner geral, é utilizada para ambos possibilitando a representação de estruturas enrijecidas excentricamente e consideração de elementos compostos de camadas com diferentes propriedades físicas e espessuras, tornando-se assim a formulação aplicável a um grande número de problemas. Com relação à plasticidade na casca, adota-se o critério de Tsai-Wu para materiais anisotrópicos gerais, obtendo-se expressões fechadas para o multiplicador plástico com fluxo não-associativo. Nas barras, critérios uniaxiais são considerados, desprezando-se a contribuição do cisalhamento na plastificação. Para estes elementos, permite-se a utilização de diagrama multilinear para a relação tensão x deformação. A modelagem do meio contínuo viscoelástico é realizada utilizando-se elementos de contorno triangulares com aproximação linear de variáveis. As soluções fundamentais de Kelvin e de Mindlin são apresentadas e implementadas. O acoplamento foi realizado utilizando-se técnica de matriz de rigidez equivalente, proporcionando uma contribuição direta das matrizes do MEC na matriz de rigidez do MEF. Exemplos gerais são resolvidos para a verificação e validação da formulação proposta e implementada / This work presents an anisotropic laminated stiffened shell formulation, considering physical non-linearity with non-associative law, coupled to viscoelastic three-dimensional continuum medium. Plane triangular finite elements with cubic approximation for nodal variables are developed to model the shell. Bar elements with the same approximation are derived for the general bar element. Laminated kinematics is used for both elements, making possible the representation of eccentrically stiffened structures and the consideration of composed elements with different properties and thickness for each layer. Therefore, the formulation is applicable for a large number of problems. In order to model plasticity in shell, the Tsai-Wu criterion for general anisotropic materials is adopted. Closed expression for the plastic multiplier using non-associative law is founded. For bars, uniaxial criterion is considered, and shear contribution for plasticity is neglected. For these elements, the use of multilinear stress x strain relation is developed. The viscoelastic continuum is modeled by triangular boundary elements with linear approximation of variables. The fundamental solutions of Kelvin and Mindlin are presented and implemented. The coupling is made by the equivalent stiffness matrix method, making possible a direct contribution of the BEM matrix on the FEM stiffness matrix. General examples are presented to verify and validate the proposed formulation

O objetivo central deste trabalho é o estudo da interação do solo com a estrutura. Para tanto, são introduzidos mais recursos na ferramenta numérica desenvolvida no trabalho de Almeida (2003a). O solo é modelado pelo método dos elementos de contorno (MEC) tridimensional, aplicando a solução fundamental de Kelvin. É possível analisar problemas nos quais o solo é composto por camadas de diferentes características físicas, apoiadas em uma superfície de deslocamento nulo e enrijecidas por elementos de fundação, também modelados pelo MEC tridimensional. A superestrutura tridimensional, diferentemente do modelo utilizado em Almeida (2003a), é simulada pelo método dos elementos finitos (MEF), sendo composta por elementos planos e reticulares com seis graus de liberdade por nó. Também é introduzido no programa o recurso de simular um número qualquer de blocos, modelados pelo MEC tridimensional, apoiados sobre o solo. Estes blocos podem ser utilizados como elementos de fundação para o edifício, permitindo estudar a interação do solo em conjunto com os blocos e o edifício. São analisados alguns exemplos, nos quais é validada a formulação empregada e é demonstrada a necessidade de se considerar a interação do solo com a estrutura em problemas práticos de engenharia / The main objective of this work is to study the soil structure interaction problem. For such, more resources in the numerical tool developed in Almeida (2003a) are introduced. The soil is simulated by the three-dimensional boundary element method (BEM), applying Kelvin’s fundamental solution. It is possible to analyze problems in which the soil is composed by layers of different physical characteristics, supported by a rigid and adhesive interface and reinforced by foundation elements, also simulated by the three-dimensional BEM. The three-dimensional superstructure is simulated using the finite element method (FEM), with shell and frame elements with six degrees of freedom by node. This model is different of the one used in Almeida (2003a). It is also introduced in the program the resource to consider blocks, simulated by the three-dimensional BEM and supported by the soil. These blocks can be used as foundation elements for the building, coupling the non-homogeneous soil-foundation-blocks-superstructure system as a whole. Some examples are analyzed, in order to validate the theory employed and demonstrate the necessity of considering the soil structure interaction in practical problems of engineering

Neste trabalho são realizadas análises estruturais de edifícios de paredes de concreto moldadas no local e de alvenaria estrutural considerando a interação solo-estrutura e a sequência construtiva. Com solução de fundação em estacas pré-moldadas, cada edifício piloto com 45 metros de altura, formado por 15 pavimentos de parede com pé-direito de 2,80m, apoiado sobre um pilotis de concreto armado de 3 metros de altura é modelado com base em 4 metodologias de análise: (i) O AI_AF, modelo clássico de referência, que admite apoios indeslocáveis e ações instantâneas; (ii) O AE_AF, modelo que inclui as ações evolutivas, incorporando o aumento gradativo de carregamento e rigidez; (iii) O AI_ISE, modelo que incorpora a interação com o solo a partir da aplicação instantânea de ações e (iv) o AE_ISE, modelo mais refinado, que considera a interação com o solo no tempo de construção. As paredes são modeladas em elementos finitos de casca, os pilares de concreto, vigas de transição, estacas e blocos em elementos finitos de barra e o maciço de solo em elementos finitos sólidos isoparamétricos, com o auxílio do software comercial DIANA®. O trabalho evidencia que o modelo clássico de referência, que desconsidera a interação com o solo, não alerta para a necessidade de aumentar a ductilidade das paredes dos pavimentos iniciais em ambos os sistemas construtivos. / This study consist of a structural analyses of concrete walls and masonry building including the soil-structure interaction and the construction process. Each pilot building is 45 meters high, consisting of 15 floors with 2.80 m high. Each floors are seated on pillars of reinforced concrete with 3 meters of height, which were modeled using 4 methodologies: (i) The AI_AF, classic reference model, which adopts fixed foundations and instantaneous action; (ii) The AE_AF is a model, that includes construction loads and incorporates a gradual increasing in load and stiffness; (iii) The AI_ISE model incorporates interaction with the soil and the instantaneous application of actions; and, (iv) AE_ISE, which consists of a more refined model with soil interaction and the time of construction. The concrete walls are modeled based on shell finite elements, the concrete pillars, transition beams, stakes and blocks are modeled based on bar finite element and the soil mass is modelled as an isoparametric solid finite elements. The numerical modelling is conducted using commercial software DIANA®. Results show that the classic reference model, in which the soil-structure interaction is not considered, does not attent to the need of increasing the ductility of the walls in initials floor.

Orientador: Mauro Augusto Demarzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-07T08:31:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tacitano_Marcelo_D.pdf: 8426940 bytes, checksum: 2052cac2233a599ef85b5133ca5ceec4 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: As estruturas de contenção de valas, normalmente de madeira, aço ou concreto, podem ser constituídas por estacas-prancha, estacas com pranchões, estacões, paredes-diafragma entre outras e precisam ser dimensionadas, de que maneira que atinjam adequadamente os requisitos de funcionalidade, exeqüibilidade, segurança e economia a que se propõem. Dentre os métodos para o seu dimensionamento é possível enquadrá-los em três grandes grupos. Os Métodos Empíricos que se baseiam em resultados de medidas experimentais, os Métodos Semi-Empíricos que admitem como carregamento um diagrama de pressões para ambos os lados da parede, em cada fase de escavação, pressupondo o tipo de grandeza dos deslocamentos e considerando as estroncas e tirantes como apoios fixos e, finalmente, os Métodos Analíticos, que levam em conta as características de resistência e rigidez da estrutura e do maciço e possibilitam o cálculo evolutivo em que os esforços e deslocamentos das fases anteriores são efetivamente levados em conta nos cálculos das fases seguintes. Inicialmente uma ampla revisão bibliográfica sobre os métodos de cálculo de paredes de contenções é apresentada. Após, este trabalho adota como foco de estudo o Modelo de Winkler, através de Método Analítico Unidimensional, que tem sua aplicação prática pela construção do programa CEDEVE (Cálculo Evolutivo de Deslocamentos e Esforços em Valas Escoradas). Este método assimila a parede como uma viga de largura unitária, sendo o solo modelado como molas de comportamento elasto-plástico perfeito incluindo histerese. Estroncas e tirantes, de comportamento elástico, com ou sem esforços iniciais, podem ser introduzidos na estrutura. As ações sobre a estrutura advêm dos empuxos de solo, de água e das eventuais sobrecargas presentes na superfície. Os cálculos são conduzidos de acordo com as fases de escavação, retirando-se as ações (empuxos) e molas correspondentes ao solo escavado e introduzindo-se as estroncas e/ou tirantes a serem instalados, sendo que os esforços e deslocamentos ocorridos nas fases anteriores são devidamente considerados nos cálculos das fases seguintes. O reaterro, quando existir, também é considerado. Um diferencial importante do método de cálculo proposto com relação a outros similares é a possibilidade da inclusão dos efeitos de temperatura nos cálculos dos deslocamentos e esforços, sendo que tais efeitos térmicos podem ser considerados sobre as estroncas, o que promove a tendência de seu alongamento, que sendo parcialmente impedido, gera conseqüentes esforços de compressão e também na própria parede de contenção através de gradientes que induzem flexão, e, portanto também influindo nos esforços sobre o sistema de estroncas. Um estudo prático e numérico é conduzido com o intuito de se validar e verificar o programa CEDEVE, primeiramente testando seus resultados com o programa SAP 2000 e, após, comparando os resultados por ele gerados com vários outros programas disponíveis (SPW2003, DEEP e ESTWIN). O efeito da temperatura sobre as estroncas, calculado pelo CEDEVE, é comparado com alguns resultados de instrumentações disponíveis na bibliografia consultada. Além disso, um estudo comparativo com alguns Métodos Empíricos e Semi-Empíricos é conduzido. De uma forma geral, é possível concluir que o Modelo de Winkler utilizado na modelagem do problema gera resultados satisfatórios e sua relação custo benefício é bastante atraente na análise de paredes de contenção / Abstract: The retaining structures, usually of wood, steel or concrete, can be constituted by sheet pile wall, piles with lagging, ¿in cast¿ pile walls and diaphragm walls among others and need to be designed, so that they reach the requirements about functionality, execution, safety and economy an appropriate way. It is possible divide the design methods in three great groups. The Empirical Methods that has been based on results of experimental measures, the Semi-Empirical Methods that admit as loading a diagram of earth pressures for both sides of the wall, in each excavation phase, presupposing the displacements and considering the struts and anchorage as fixed supports and, finally, the Analytical Methods that take into account the characteristics of strength and stiffness of the structure and soil and they make possible the evolutionary calculation of internal efforts (strut forces, bending moments and shear forces) as well as the displacements, so the previous phases are taken indeed into account in the calculations of the following phases. Initially a wide bibliographical revision on the methods of calculation of retaining structures is presented. After that, this work adopts as focus the Winkler¿s Model, through One-Dimensional Analytical Method that bases the development of the CEDEVE program (Evolutionary Calculation of Displacements and Efforts in Braced Trenches). This program assimilates the wall as a beam of unitary width, being the soil modeled as springs with linear perfectly elastic-plastic behavior including histeresis. Struts and anchorages, of elastic behavior, with or without initials forces, can be introduced in the structure. The actions on the structure occur by the soil pressures, water pressures and eventually overloads in the soil surface. The calculations are performed in agreement with the excavation phases, leaving the actions (soil pressures) and springs corresponding to the dug soil as well as introducing the struts/anchorages, so that the efforts and displacements happened in the previous phases are properly considered in the calculations of the following phases. The process of cover the trench with earth, when it exists, is also considered. A important differential of the CEDEVE program regarding other similar ones is the possibility of the inclusion of the temperature effects in the calculations of the displacements and efforts, and such thermal effects can be considered on the struts, what promotes the tendency of its stretch, that being impeded partially, generates consequent compression and also in the own retaining wall through gradients that induce bending and, therefore, also influencing on the loads on the struts system. A practical and numerical study is done with the intention of validate and verify the CEDEVE program, firstly testing their results with the program SAP 2000 and, after that, comparing the results generated with several other available programs (SPW2003, DEEP and ESTWIN). The effect of the temperature on the struts, calculated by CEDEVE, is compared with some results of available instrumentations in the consulted bibliography. Besides this, a comparative study with some Empirical and Semi-Empirical Methods was done. In general, it is possible to conclude that the Winkler¿s Model used in the modeling of the problem generates satisfactory results and its relationship cost benefit is quite attractive in the analysis of retaining structures / Doutorado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientadores: Aloisio Ernesto Assan, Persio Leister de Almeida Barros / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-11T01:26:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BobadillaGuadalupe_Ulises_D.pdf: 1151597 bytes, checksum: 005fbfba6e1ebd787b740be4f94cbf34 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: As características que determinam o comportamento de uma estrutura sob carregamento dinâmico são as massas dos vários elementos, a rigidez dos seus membros e a dissipação de energia. Para avaliar corretamente a resposta dinâmica de uma estrutura levando em conta os efeitos da interação, é necessário incorporar as propriedades dinâmicas do solo dentro da formulação matemática do modelo físico adotado. Referido à superestrutura, os efeitos da interação alteram a resposta estrutural final, devido à inter-relação dinâmica entre o movimento do solo e o movimento da base de fundação. Conseqüentemente, se primeiro se avalia o movimento da base de fundação [produto da interação solo-estrutura (SSI)], a resposta estrutural final poderá ser resolvida depois via análise modal da superestrutura. Esta conceituação é utilizada no presente trabalho. Aqui, todo o processo de análise é feito no domínio da freqüência. A resposta estrutural é avaliada através da chamada Transformada Implícita de Fourier (ImFT), implementando-se para isto um algoritmo computacional que avalia a resposta dinâmica utilizando a ImFT eficientemente. A ImFT é uma avaliação racional das matrizes envolvendo as transformadas discretas de Fourier (DFT), para num mesmo processo matricial achar a resposta dinâmica estrutural diretamente no domínio do tempo. Correntemente, para a análise no domínio da freqüência tem-se utilizado a FFT (Fast Fourier Transform); embora a FFT seja computacionalmente eficiente, apresenta-se aqui a ImFT, um outro processo computacional alternativo à FFT e bastante eficiente para certos tipos de carregamento tais como uma excitação sísmica, que é o carregamento utilizado nesta pesquisa / Abstract: The characteristics that determine the behavior of a structure under dynamic loading are the masses of various elements, the rigidity of its members and the dissipation of energy. To properly evaluate the dynamic response of a structure taking into account the effects of the interaction, it is necessary to incorporate the dynamic properties of the soil within the mathematical formulation of the physical model adopted. Referred to the superstructure, the effects of interaction modify the final structural response due to the dynamic interrelationship between the soil motion and the base of foundation motions. Consequently, if that first assesses the base of foundation motions [product of the soil-structure interaction effects (SSI)], the final structural response can be assessed later by modal analysis of the superstructure. This concept is used in this work. Here, the whole process of analysis is done in frequency domain. The structural response is evaluated by the so-called Implicit Fourier Transform (ImFT), implementing to this a computational algorithm that assesses the structural dynamic response using the ImFT efficiently. The ImFT is a rational assessment of matrices involving the Discrete Fourier Transform (DFT) for a same matrix process find structural dynamics response directly on time domain. Commonly, for the analysis in the frequency domain has been used the FFT (Fast Fourier Transform), although the FFT is efficiently, presents itself here the ImFT, another alternative computational algorithm and quite competent to certain types of loading such as a seismic excitation which is the loading used in this study / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 INICIO1.pdf: 76456 bytes, checksum: 67582e2139003c6e0cbd33eceb443ce2 (MD5) Previous issue date: 2009-10-29 / The joined structure-foundation analysis of buildings is one of the studied themes of Soil- Structure Interaction (SSI). In this research, a numerical tool was developed using the Matlab program to evaluate the soil-structure interaction in buildings, where the problem has been studied in the last years, but has not became a current practice in civil engineering. The developed program, here named as AIEFE, predict the settlement using the Aoki and Lopes (1975) method, using as input data the reaction loads of building columns, calculated in any subroutine of spatial-portico analysis. The commercial program TQS was chosen as this subroutine in the present research. The found foundation settlements were converted in stiffness values and, then, inputted again in the structural analysis, predicting new settlements, but no more considering the foundations as fixed points . The method is iterative, aiming to reach the settlement (or load) convergence. Two examples of buildings supported by piled foundations were analyzed. The first one presented an almost square plant and the other one was typically rectangular. The SSI effects were analyzed in terms of column loads and also stiffness and foundations settlements during the constructive process of the 15-levels studied cases. During the construction of the first building levels, it was observed a greater load and settlement redistribution, due the lower structural stiffness. Using the foundation stiffness instead of settlement values was considered as an efficient process of convergence. It was also observed that the non-linear foundation behavior had a great influence in the structure load redistribution, even on advanced construction stages when the structure stiffness has a great value. / A análise conjunta da estrutura e da fundação de uma edificação é um dos temas estudados dentro do conceito interação solo-estrutura (ISE). Neste trabalho, desenvolveu-se uma rotina de cálculo no ambiente Matlab para avaliar a interação solo-estrutura em edifícios, onde o tema é estudado há algum tempo, mas que ainda não se tornou prática corrente na engenharia civil. O programa desenvolvido, denominado AIEFE, calcula os recalques das fundações utilizando o método de Aoki e Lopes (1975), utilizando como dados de entrada as reações de apoio dos pilares do edifício vindas de uma sub-rotina de cálculo de pórtico espacial, aqui empregando-se o programa TQS. Os recalques encontrados para as fundações são convertidos em rigidezes e então são inseridos na sub-rotina de cálculo estrutural, onde se processa a estrutura novamente, não mais com apoios indeslocáveis. A metodologia é iterativa de forma a buscar a convergência de recalques ou reações de apoio. Dois exemplos de edifícios apoiados sobre blocos de estacas foram analisados. Um possuía uma geometria em planta aproximadamente quadrangular e o outro retangular. Foram avaliados os efeitos da ISE nas reações de apoio, rigidezes e recalques dos pilares durante o processo construtivo dos 15 pavimentos dos exemplos estudados. Observou-se que nos primeiros pavimentos, devido a menor rigidez da estrutura, tem-se maior redistribuição de carga, recalques e rigidezes nos pilares, e que o processo iterativo em termos de rigidez é bastante eficaz. Verificou-se, também, que o comportamento carga-recalque não-linear das fundações influenciou bastante no comportamento de carga, rigidezes e recalques dos pilares, mesmo em estágios avançados da obra, quando a rigidez da estrutura já era bastante grande.

Aplica-se uma formulação Lagrangeana total do Método dos elementos Finitos (MEF) baseada em posições para obter a resposta dinâmica não linear de risers bidimensionais em contato com o leito do mar. Os elementos finitos adaptados e aplicados nas soluções são de barras curvas de pórtico com cinemática de Reissner. Os risers são estruturas cilíndricas e esbeltas utilizadas na indústria offshore para transportar desde o fundo do mar até a plataforma gases, óleos, minerais ou lodo, entre outros produtos. Na modelagem dessas estruturas, destacam-se três problemas de imediato, são eles: a determinação da catenária inicial da tubulação, o comportamento estrutural após a aplicação de deslocamentos severos no topo do riser quando ancorado à plataforma ou embarcação flutuante e o contato do riser com o leito do mar. Estes problemas resultam ou são agravados pela forte instabilidade presente nessas estruturas em razão da grande relação entre a extensão dos dutos e sua rigidez transversal. Para obter a configuração inicial, três técnicas de penalização foram desenvolvidas e comparadas. A primeira utiliza a redução progressiva da rigidez da seção transversal do riser, a segunda aplica a penalização direta nos deslocamentos nodais do riser e a terceira emprega uma solução dinâmica amortecida com redução progressiva da massa e do amortecimento. As técnicas são comparadas entre si e com resultados das bibliografias. A metodologia desenvolvida para a aplicação de deslocamentos severos no topo do riser é fundamentada na suavização da posição tentativa, através de fórmula empírica baseada na remodelagem de malhas da mecânica dos fluidos. Discretiza-se o solo com molas distribuídas, de comportamento linear e não linear físico, cuja influência nodal é desenvolvida consistentemente. De forma geral a introdução dessas molas é feita através da técnica da penalização da energia potencial total. Descreve-se o comportamento não linear, comumente utilizado para solos coesivos argilosos, com um modelo P-y que considera a penetração inicial, a elevação, assim como a repenetração e alguns ciclos de carregamento e descarregamento delimitados pelas curvas das cargas extremas. Uma técnica de moderação das penalidades é utilizada para auxiliar no problema de contato entre o solo e o riser. Além desses aspectos específicos do trabalho, implementaram-se na formulação do MEF as ações decorrentes de carregamentos de flutuação, peso próprio, forças das correntes do mar e condições de contorno (forças e deslocamentos) devidas às ondas do mar. Realiza-se a integração temporal pelo método clássico de Newmark. A formulação desenvolvida junto com as estratégias implementadas mostram-se adequadas e precisas para o tratamento de risers. / A total Lagrangian Finite Element Method (FEM) formulation based on positions is applied to achieve the static and dynamic responses of two dimensional risers that touch the seabed. The adapted finite elements to model risers are curved frame elements based on the Reissner kinematics. Risers are cylindrical slender structures used in the offshore industry to transport from the underground mineral resources (gas, petroleum, mud etc) to the platforms or vessels. In the analysis of this kind of structure three problems immediately arise, that are: the determination of the initial static position (catenary) of the riser, its dynamic behavior when subjected to severe loads or displacements at the top (floating platforms or vessels) and the interaction among the riser and the seabed. These problems come from or are worsened by the strong instability resulting from the large rate between the extension and the transverse dimension of the riser. In order to solve the initial position three techniques are developed and compared. The first uses a progressive reduction of the transverse stiffness of the riser, the second applies a direct penalization on the nodal displacements of the riser and the third employs a dynamic solution with mass and damping reduction. The achieved results are compared with the ones available in literature. The developed methodology to apply severe displacements at the top of risers is a smoothing procedure of the first trial position, based on a strategy of remeshing used in fluid-structure interaction analysis. The soil (seabed), with linear or non-linear behavior is represented by distributed springs and their nodal influence is consistently developed. In a general way the introduction of these springs is done penalizing the total potential energy function. The non-linear behavior, commonly used for cohesive and clayey soil, is done by a P-y model that takes into account the initial penetration, the elevation, as well as some cyclical loads established by extreme curves. A moderation technique of penalty is used to improve the convergence of the soil-structure interaction process. In addition to these specific aspects of the thesis, there are implemented actions resulting from floating, selfweight, sea streams, and waive forces. The time integration is performed by the Newmark method. Examples reveal that the developed formulation and the proposed strategies are adequate to model submersed risers in contact with the seabed.