O texto normativo NBR 7190/1997, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), adota três ciclos de carregamento nos ensaios para a determinação de propriedades de rigidez e resistência da madeira. A partir das recomendações de tal documento foram realizados ensaios de compressão normal às fibras, compressão paralela às fibras, flexão estática e tração paralela às fibras com corpos-de-prova de Cambará Rosa (Erisma sp), Eucalipto Grandis (Eucalyptus grandis), Envira (Xylopia sp), Champanhe (Dipteryx odorata), Pinus Caribaea (Pinus caribaea var. caribaea), Pinus Elliottii (Pinus elliottii var. elliottii) e Pinus Hondurensis (Pinus caribaea var. hondurensis). Os valores dos módulos de elasticidade (E) obtidos mostraram-se estatisticamente equivalentes no segundo e terceiro ciclos de carregamento. Esta análise sugere, então, que o terceiro ciclo de carregamento é desnecessário. Foram comparados, também, os valores dos módulos de elasticidade de trinta e quatro espécies de madeiras tropicais brasileiras, obtidos nos ensaios de compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras e flexão estática. Concluiu-se que estes são estatisticamente equivalentes. / The NBR 7190/1997, adopted by of Brazilian Technical Standard Association (ABNT), indicates three loading cycles for tests to determine wood stiffness and strength. Based on recommendations of ABNT methods tests were carried out in compression perpendicular to grain, compression parallel to grain, static bending and tension parallel to grain, with Cambará Rosa (Erisma sp), Eucalipto Grandis (Eucalyptus grandis), Envira (Xylopia sp), Champanhe (Dipteryx odorata), Pinus Caribaea (Pinus caribaea var. caribaea), Pinus Elliottii (Pinus elliottii var. elliottii) and Pinus Hondurensis (Pinus caribaea var. hondurensis) species. Modulus of elasticity values (E) obtained were statistically equivalent in second and third loading cycles. This analysis suggests that the third loading cycle is not necessary. Modulus of elasticity values of thirty four Brazilian tropical wood species were compared in compression parallel to grain, tension parallel to grain and static bending. The analysis showed that these values are statistically equivalent.

Em obras de fundações por estacas cravadas, os diferentes comprimentos finais das estacas refletem a variabilidade natural do terreno, e variam de acordo com o critério de paralização da cravação, normalmente baseado em medidas de nega e repique elástico. Pouco se tem aproveitado desses registros para o controle da resistência mobilizada na fundação ao final da cravação, devido à limitação da aplicação das fórmulas dinâmicas e ao desconhecimento de alguns parâmetros. Em muitos casos de controle de capacidade de carga, apenas é realizada a aferição de um fator de segurança pontual, obtido via prova de carga. Neste trabalho, é apresentado um procedimento de controle de capacidade de carga de fundações por estacas cravadas, baseado em registros de nega e repique elástico, a partir de fórmulas dinâmicas, que possibilitam a estimativa da resistência mobilizada ao final da cravação em todo o universo de estacas de uma obra. Este procedimento proposto foi aplicado em um estudo de caso de uma obra em um porto em Santa Catarina. Nesta obra foram cravadas 2506 estacas pré-moldadas de concreto, controladas por nega e repique elástico, registrados em todas as estacas no final da cravação. Neste conjunto de estacas foram executadas 74 provas de carga dinâmica, com energia crescente, e quatro provas de carga estática. Neste caso de obra controlada, os resultados mostraram que o procedimento adotado, baseado na utilização de fórmulas dinâmicas, com parâmetros calibrados a partir dos resultados das provas de carga dinâmica, permitiu estimar valores de resistência mobilizada ao final da cravação das 2506 estacas da obra, que apresentaram um valor médio próximo ao valor médio encontrado nas 74 estacas ensaiadas. Além disso, o coeficiente de variação dos valores de resistência mobilizada de todas as estacas da obra foi da ordem de 16,0%, similar ao coeficiente de variação de 14,7%, obtido nos resultados das provas de carga dinâmica. / The different final lengths of driven piles reflect the natural variability of the soil, and are dependent of the driving controls based in the measurements of the final set and elastic rebound. Normally these measurements are not used to predict the ultimate capacity of pile foundations, at the end of driving, due to the limitation of the dynamic formulas and the lack of some parameters. In many cases, the pile capacity control is based on a determination of a single safety factor, obtained from pile load tests. In this work, it is proposed a procedure to control the ultimate capacity of driven piles, based on the results of the final set and the elastic rebound, and dynamic formulas, which allow the estimation of the mobilized resistance at the end of driving of all piles driven in a particular project. This procedure was applied in a case study of a port in Santa Catarina. In this case, 2506 precast concrete piles were driven, and controlled by the elastic rebound, recorded at the end of driving. Also, dynamic load tests, with increasing energy, were performed on 74 piles, and static load tests were carried out on four piles. The results showed that this procedure adopted, based on the use of dynamic formulas calibrated using the results of dynamic load tests, is capable to estimate the values of mobilized resistance along all piles at the end of driving. The average result of the mobilized resistance of the 2506 piles was close to the average value found by the results of the 74 pile dynamic load tests. Also, the coefficient of variation of the mobilized resistance of all piles was around 16.0%, similar to the coefficient of variation of 14.7%, obtained by the dynamic load tests.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T17:47:05Z No. of bitstreams: 1 jaquelinelindoloresderesende.pdf: 763365 bytes, checksum: 4b56a18a805fcfd95a929bb21bc511d6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-24T17:59:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jaquelinelindoloresderesende.pdf: 763365 bytes, checksum: 4b56a18a805fcfd95a929bb21bc511d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T17:59:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jaquelinelindoloresderesende.pdf: 763365 bytes, checksum: 4b56a18a805fcfd95a929bb21bc511d6 (MD5) Previous issue date: 2007-07-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O aumento constante da complexidade dos sistemas elétricos de potência exige um contínuo aprimoramento das técnicas de operação e controle. Os atuais centros de supervisão e controle caracterizam-se por funções que processam informações recolhidas dos sistemas em tempo real, de modo a controlá-los de forma adequada visando mantê-los operando de acordo com a programação estabelecida. A função específica a ser abordada neste trabalho é a análise de contingências, que tem por objetivo verificar o grau de segurança do sistema, fornecendo ao operador condições de prever a reação do sistema frente a determinadas perturbações. Em geral, os métodos de análise de contingências solucionam apenas os casos onde ocorre a convergência do processo iterativo associado ao problema de fluxo de potência, ficando os demais casos sem nenhuma solução ou previsão. Portanto, o objetivo deste trabalho é propor uma formulação matemática para a análise estática de contingências, na qual a margem de carregamento pós-contingência é calculada a partir do ponto de máximo carregamento pré-contingência. Para isto, utiliza-se o método do ponto de colapso que fornece diretamente o ponto de máximo carregamento. Além disto, o ramo selecionado para avaliação da contingência é parametrizado por um fator de escalonamento, possibilitando a sua remoção gradual e assegurando a convergência nos casos em que o método tradicional de análise diverge para a retirada total do ramo. Desta forma, a metodologia proposta fornece uma previsão do comportamento do sistema frente a uma perturbação, mesmo para os casos nos quais a retirada completa do ramo causa a divergência dos métodos tradicionais de análise. / The constant complexity increase of the electrical power systems demands a continuous improvement of operation and control techniques. The current supervision and control centers are characterized by functions that process collected real-time information, in order to effectively control the systems and to keep them operating in accordance with a specified schedule. The specific function to be dealt with in this work is the static contingency analysis whose objective is to provide the operator with conditions to foresee the reaction of the system to some disturbances. In general, the static contingency methods solve only the cases where the power flow problem converges, being the remainder cases with no solution or forecast. Therefore, the objective of this work is to propose a mathematical formulation for the static contingency analysis, in which the post-contingency loading margin is calculated from the base case loading margin. For this purpose, the point of collapse method that directly provides the maximum loading point is used. Moreover, the branch selected for evaluation of the contingency is parameterized by a scaling factor, allowing its gradual removal and assuring the convergence in situations where the conventional methods diverge for the complete branch removal. Thus, the proposed methodology yields a forecast of the system behavior due to a disturbance, even for the cases in which the complete branch removal causes the divergence of the conventional methods.

[pt] Este trabalho apresenta uma análise dinâmica de uma turbina eólica com torre tubular e com rotor de três pás sob carregamentos determinísticos e estocásticos, concentrados e distribuídos, dentre eles os provocados pelo vento e por correntes marinhas. Variações nas condições do solo são permitidas sendo simuladas como molas axiais e torcionais lineares instaladas na base da torre. Os carregamentos aleatórios são devidos à ação do vento sobre as pás da turbina. As simetrias envolvidas permitem que a torre seja modelada como quatro elementos estruturais distintos e superpostos: uma viga com movimento espacial (dois movimentos laterais independentes), um eixo (movimento de torção) e uma barra (movimento axial). Elementos finitos são utilizados para a aproximação da dinâmica da torre, sendo então construído um modelo reduzido, utilizando uma base de dimensão finita com autovetores da estrutura. Os demais componentes da turbina, nacele, eixo e pás são modelados como corpos rígidos. Todos os componentes são agrupados e para modelar seus vínculos são impostas equações de restrição. Um algoritmo baseado no método de Newmark foi desenvolvido para integrar o sistema de equações no tempo. Velocidades, acelerações, forças e torques são obtidos para diversas configurações. / [en] This thesis presents a dynamic analysis of a three-blade wind turbine with tubular cross section under deterministic and stochastic concentrated and distributed loads including those caused by wind and by sea currents. Variations in soil conditions are allowed, being modeled as linear axial and torsional springs installed at the base of the tower. The random loading is due to the action of the wind on the turbine blades. The symmetries involved allow the tower to be modeled as having four separated and superimposed structural behaviors: a beaming spatial (lateral motion), a shaft (torsional) motion and a bar (axial) motion. Finite elements are used for approximating the dynamic of the tower and then a reduced model is constructed using a basis of finite dimension of the structure eigenvectors. The other turbine components, namely, the nacelle, the shaft and the blades are modeled as rigid bodies whose links are imposed by constraints functions. An algorithm based on Newmark method was developed to integrate the system of equations in time. Velocities, accelerations, forces and torques as well as the resulting stresses are obtained for several configurations.

O texto normativo NBR 7190/1997, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), adota três ciclos de carregamento nos ensaios para a determinação de propriedades de rigidez e resistência da madeira. A partir das recomendações de tal documento foram realizados ensaios de compressão normal às fibras, compressão paralela às fibras, flexão estática e tração paralela às fibras com corpos-de-prova de Cambará Rosa (Erisma sp), Eucalipto Grandis (Eucalyptus grandis), Envira (Xylopia sp), Champanhe (Dipteryx odorata), Pinus Caribaea (Pinus caribaea var. caribaea), Pinus Elliottii (Pinus elliottii var. elliottii) e Pinus Hondurensis (Pinus caribaea var. hondurensis). Os valores dos módulos de elasticidade (E) obtidos mostraram-se estatisticamente equivalentes no segundo e terceiro ciclos de carregamento. Esta análise sugere, então, que o terceiro ciclo de carregamento é desnecessário. Foram comparados, também, os valores dos módulos de elasticidade de trinta e quatro espécies de madeiras tropicais brasileiras, obtidos nos ensaios de compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras e flexão estática. Concluiu-se que estes são estatisticamente equivalentes. / The NBR 7190/1997, adopted by of Brazilian Technical Standard Association (ABNT), indicates three loading cycles for tests to determine wood stiffness and strength. Based on recommendations of ABNT methods tests were carried out in compression perpendicular to grain, compression parallel to grain, static bending and tension parallel to grain, with Cambará Rosa (Erisma sp), Eucalipto Grandis (Eucalyptus grandis), Envira (Xylopia sp), Champanhe (Dipteryx odorata), Pinus Caribaea (Pinus caribaea var. caribaea), Pinus Elliottii (Pinus elliottii var. elliottii) and Pinus Hondurensis (Pinus caribaea var. hondurensis) species. Modulus of elasticity values (E) obtained were statistically equivalent in second and third loading cycles. This analysis suggests that the third loading cycle is not necessary. Modulus of elasticity values of thirty four Brazilian tropical wood species were compared in compression parallel to grain, tension parallel to grain and static bending. The analysis showed that these values are statistically equivalent.

[pt] O concreto armado (CA) tem sido amplamente utilizado em construções civis durante quase dois séculos devido a sua versatilidade e relativamente baixo custobenefício quando comparado com outros sistemas estruturais. É, notoriamente, o sistema mais adotado na construção de obras estratégicas e de infraestrutura. No entanto, as construções de CA estão em constante deterioração. Sobretudo nas últimas décadas, atenção especial vem sendo dada à influência de cenários dinâmicos nesse tipo de sistema estrutural devido à intrínseca baixa resistência à tração e fragilidade do concreto, que promovem extensos horizontes de fissuração na ocorrência desses eventos. A presente investigação dedicou-se à avaliação de duas variações de compósitos cimentícios de comportamento strain-hardening (SHCC) como material de reforço para melhorar a resistência ao impacto de edifícios existentes, em especial membros estruturais com falhas críticas por cisalhamento. SHCC é uma classe relativamente nova de compósito cimentício reforçado com fibras, em geral microfibras sintéticas com fração volumétrica média de 2 %. Estudos recentes já demonstraram que este compósito é capaz de deformarse substancialmente quando submetido à tração direta (até 6% dependendo da dosagem) durante o estágio de múltipla-fissuração, enquanto sustenta uma abertura de fissura de até 100 μm. O SHCC parece especialmente adequado para resistir a impactos de alta velocidade devido ao número relevante de superfícies que se formam durante a sua fase de deformação, uma vez que a grande quantidade de superfícies que são formadas durante o processo de múltipla-fissuração representa uma perspectiva elevada de dissipação de energia sem reduzir a capacidade de carregamento. Dois tipos de SHCC de resistência normal foram escolhidos para serem avaliados nesta investigação. Os compósitos diferenciavam-se principalmente no tipo de fibra de reforço: PVA e UHMWPE. Como os elementos estruturais incorporados em estruturas estão frequentemente sujeitos a estados multiaxiais de tensão, para avaliar o potencial de SHCC como material de reforço, ensaios combinados de torção e tensão foram desenvolvidos. Tais resultados permitiram o aprofundamento da compreensão do desempenho mecânico dos SHCC em análise sob cisalhamento, ao mesmo tempo que permitem a combinação desses esforços com tensões normais de tração. Em seguida, o potencial efetivo do SHCC no melhoramento da resistência e resiliência de elementos estruturais existentes a cargas de impacto foi investigado por um extenso programa experimental que contou com 24 vigas de escala real. Os parâmetros variados foram: (i) o tipo de SHCC; (ii) a configuração de reforço interno (espécimes com e sem estribos); (iii) a energia de impacto (que variou entre 2,1 kJ e 6,4 kJ, correspondendo a velocidades aproximadas de 17 m/s a 30 m/s, respectivamente). Os resultados foram avaliados em termos da resposta mecânica, padrões de fissuração, e análise modal. Foi demonstrado que ambos os tipos de SHCC contribuíram para a melhora da resistência ao impacto das vigas de CA reforçadas, melhorando expressivamente a resposta dinâmica residual e de estabilidade, enquanto contribuíram efetivamente para segurança de usuários ao propiciar uma redução substancial de detritos desprendidos durante os testes. O SHCC reforçado com fibras de UHMWPE mostrou-se menos sensível à presença ou ausência de estribos, sugerindo que esse compósito seja o mais adequado para aplicações de reforço de cisalhamento em cenários dinâmicos onde existe uma deficiência, ou incerteza, sobre o reforço transversal interno dos membros existentes. / [en] Reinforced concrete (RC) has been widely used in civil constructions for almost two centuries due to its versatility and relatively low cost-effectiveness ratio when compared with other structural systems. It is notably the preferred material for the construction of strategic infrastructures. However, RC constructions are in constant deterioration. Special attention had been given in the last decades to the influence of dynamic scenarios on RC structures due to concrete s inherent low tensile strength and brittle nature, which promotes intense cracking during these events. The present research focused on the assessment of two variations of strainhardening cementitious composites (SHCC) as strengthening material to improve the impact resistance of existing buildings, moreover structural members with critical shear failure. SHCC is a somewhat new class of fiber-reinforced composite reinforced with synthetic microfibers with an average content of 2 % in volume. Previous research studies already demonstrated that this composite is able to yield substantial deformations under tension (up to 6 % depending on the dosage) during its multiple-cracking phase, while enduring a crack-width limit of 100 μm. SHCC seems especially appropriate to withstand high-velocity impacts due to the relevant number of surfaces that are formed during its deformation phase since it represents a high perspective of energy dissipation without reducing load-bearing capacity. Two types of normal-strength SHCC were chosen to be assessed in this research. The composites differed mainly in the type of reinforcing fiber: PVA, and UHMWPE. As structural members embodied in structures are often subjected to multiaxial stress states, to evaluate SHCC´s potential as a strengthening material, combined torsion and tension tests were developed. These tests deepen the understanding of SHCC s mechanical performance under shear, while also enabled the combination with normal stresses. Then, SHCC s actual potential to improve the impact resistance and afterlife of existing structural members was investigated during an extensive experimental program that counted with 24 real-scale beams. The varied parameters were: (i) the type of SHCC; (ii) the internal reinforcement configuration (specimens with, and without stirrups); (iii) the impact energy (which was varied between 2.1 kJ and 6.4 kJ, corresponding to approximated velocities of 17 m/s to 30 m/s, respectively). The results were assessed in terms of their mechanical response, cracking patterns, and modal analysis. It was demonstrated that both types of composites improved the impact resistance of the strengthened RC members, outstandingly improving the impact safety with regards to residual dynamic response and stability while presenting a substantial reduction of spalling and scabbing material. The SHCC produced with UHMWPE fibers appeared to be less sensitive to the presence or absence of stirrups, posing as more suitable alternative for shear strengthening applications within dynamic scenarios where there is a deficient, or even uncertainty, about the internal transversal reinforcement of the existing members.

[pt] O método empírico de Terzaghi (1943) para cálculo do recalque de adensamento primário com carregamento dependente do tempo é comparado com dois métodos propostos nesta pesquisa: o primeiro, baseado na alteração da fração de tempo em que cada incremento de carregamento é aplicado de forma instantânea, e o segundo mantendo a proposta inicial de Terzaghi (1943), porém realizando reduções percentuais do grau médio de adensamento para o período de construção e obtendo novas frações de tempo para o período pós-construção. Os resultados mostram que com a adoção das frações de tempo, apresentadas em tabelas, a diferença entre os valores do grau médio de adensamento determinados pelas curvas teórica e empírica varia entre 1,50 por cento a 3,50 por cento, dependendo das condições iniciais de excesso de poropressão. O segundo método, mais exato, apresenta diferenças menores, com ambas as curvas praticamente sobrepostas. Adicionalmente, outras duas soluções alternativas são investigadas considerando o carregamento em degraus e discretizado. Uma solução matemática rigorosa também é apresentada para representar o problema de adensamento com drenos verticais, considerando a hipótese de deformações livres. Uma comparação com a solução proposta por Olson (1977), fundamentada no conceito de deformações iguais, mostra que a hipótese de deformações iguais subestima o grau médio de dissipação dos excesoss de poropressão entre 1,15 por cento a 4,84 por cento, e que essa diferença tende a diminuir para tempos de construção elevados. Finalmente, soluções para fluxo vertical e radial combinados também são obtidas, considerando a hipótese de deformações livres e a formulação proposta por Carrillo (1942). / [en] Terzaghi s (1943) empirical method for calculating primary consolidation settlement due to ramp loading is compared with two methods proposed in this research: the first one, based on changing the fraction of time in which each loading increment is applied instantly, and the second keeping Terzaghi s initial proposal (1943), but making reductions in the average degree of consolidation for the construction period and determining new fractions of time for the post-construction period. The results show that with the hypothesis of time fractions, the difference between the values of the average degree of consolidation determined by the theoretical and empirical curves varies between 1.50 percent to 3.50 percent, depending on the initial conditions of excess poropressure. The second method is even more accurate with both curves practically overlapping. Additionally, two other alternative solutions are investigated considering step and discretized loadings. A rigorous mathematical solution is also presented to represent the consolidation problem with vertical drains, considering the hypothesis of free deformations. A comparison with the solution proposed by Olson (1977), based on the concept of equal deformations, shows that the hypothesis of equal deformations underestimates the average degree of consolidation between 1.15 percent to 4.84 percent, and this difference tends to decrease for long construction periods. Finally, solutions for the vertical and radial flow combined is also obtained, considering the hypothesis of free deformations and the formulation proposed by Carrillo (1942).

[pt] Existem muitas formações no mundo hoje que armazenam uma quantidade significante de petróleo, sendo um grande valor para a indústria petroleira. As bacias de Pré-sal da costa do Brasil atualmente estão em grande foco devido aos descobrimentos recentes de petróleo e os desafios que eles criam na perfuração. Ao contrário de muitas formações, a rocha salina exibe fluência, uma vez que, a perfuração seja realizada a rocha começa se realiviar das tensões geostáticas por fechamento com o tempo. A profundidade e os altos níveis de tensões induzidas pelo sal no revestimento requerem a cimentação para fornecer estabilidade adicional. Mesmo assim, um defeito no cimento complica a análise para os engenheiros a modelar e predizer seu comportamento. Um revestimento bem cimentado não é sempre alcançado em águas profundas. A geometria e o tamanho têm uma grande influência nas tensões no defeito do cimento. A ovalização do revestimento pode reduzir as tensões máximas de compressão induzidas pelo sal dependendo da geometria do defeito. Excentricidade reduz os efeitos da ovalização enquanto muda o estado de tensões do cimento. Portanto, é importante que o cimento e o sal sejam entendidos inteiramente a fim de realizar decisões racionais em engenharia. O foco desta pesquisa é atingir um conhecimento mais profundo de poços de offshore mal cimentados sujeitos ao carregamento não uniforme. Um modelo de elementos finitos foi gerado pelo software Abaqus para implementar simulações e análise de vários cenários de falhas no cimento. / [en] There exist several salt rock formations in the world today which store a substantial amount of oil, being a great asset to the petroleum industry. The pre-salt basins off the coast of Brazil have been a primary focus due to the challenges they provide in oil drilling. Unlike most formations, salt rock exhibits creep behavior where, once the drilling has been performed, the rock begins to relieve itself from the applied stress by closing gradually with time. This may lead to cases of well collapse and well abandonment, creating an economical issue to oil drillers. Well cementing is always seeked to be performed with excellence, caution and thoroughness. Nevertheless, an unevenly distributed cement job complicates the analysis for engineers to model and predict its behavior. A well-cemented casing is not always achieved in deepwater wells. Geometry and size greatly influence the stresses on the defected area. Hence, it is important that the cement and salt formation be fully understood in order to make rational engineering decisions. The focus of this research study is to attain a deeper understanding of poorly-cemented offshore wells subjected to non-uniform salt loading. A finite element model was generated by the commercial software program Abaqus to implement simulations and analyses of various failure scenarios.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:50:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5182.pdf: 6075915 bytes, checksum: 91596b4ab6b9108e05799c5f3c87831d (MD5) Previous issue date: 2013-05-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / The object of this study are combined problems of the Vehicle Routing Problem and the Container Loading Problem, recently addressed as Integrated Vehicle Routing and Loading Problems. In these problems, the objective is to optimize simultaneously the planning of the vehicles routes and the arrangement of the cargo inside them, while considering a series of practical constraints from both vehicle routing and container loading. The objectives of this study are: (i) to study the integration between the Vehicle Routing Problem and the Container Loading Problem; (ii) to develop mathematical programming models to represent Integrated Vehicle Routing and Loading Problems; (iii) to develop and implement heuristics and metaheuristics to solve some of these problems; (iv) to analyze and compare the performance of the proposed models, by means of modeling languages and optimization solvers, as well as the heuristic methods, when solving instances from the literature and real-world situations. Besides being hard and relatively less studied problems, the main reason for this study is that with effective solution methods for optimizing the vehicle routing and the cargo loading, operational and tactical decisions could be made with more reliability, accuracy, quickness and with less uncertainty in real situations, besides of an improved use of the staff tasked to load and unload the cargo. On the other hand, these methods can also be usefull to reduce fixed and variable costs in a company that might use them. Computational experiments with some of the proposed models were performed with an optimization software and randomly generated instances. The results show that the models are consistent and properly represent the practical situations treated, although this approach (in its current version) is limited to solve to optimality only problems of moderate size, that is, situations with few customers, few vehicles, and mainly with a relatively reduced number of possible positions to load the boxes. This has motivated the development of heuristic and metaheuristic methods to solve more realistic vehicle routing and loading problems. The algorithms are based on the combination of classical heuristics from both the vehicle routing and container loading literatures, as well as two metaheuristic strategies, and their use in more elaborate procedures. Although these approaches cannot assure optimal solutions for the respective problems, they are relatively simple, fast enough to solve real instances, flexible enough to include practical considerations, and normally assure relatively good solutions in acceptable computational times in practice. Computational experiments were performed with these methods considering instances based on the vehicle routing literature and actual customers orders, as well as instances based on a real-world situation where the problem occurs. / O objeto de estudo deste trabalho são problemas combinados do Problema de Roteamento de Veículos com o Problema de Carregamento de Contêineres, tratados mais recentemente na literatura como Problemas Integrados de Roteamento e Carregamento de Veículos. Nestes problemas, genericamente, busca-se otimizar simultaneamente o planejamento dos roteiros dos veículos e o arranjo da carga dentro dos mesmos, respeitando-se uma série de considerações práticas que advêm tanto do Problema de Roteamento de Veículos como do Problema de Carregamento de Contêineres. Os objetivos deste trabalho são: (i) estudar a integração do Problema de Roteamento de Veículos com o Problema de Carregamento de Contêineres; (ii) desenvolver modelos de programação matemática para representar Problemas Integrados de Roteamento e Carregamento de Veículos; (iii) desenvolver e implementar métodos heurísticos e meta-heurísticos para resolver alguns destes problemas; (iv) analisar e comparar o desempenho da solução dos modelos, via linguagens de modelagem e aplicativos de otimização, e dos métodos heurísticos desenvolvidos ao resolver exemplos baseados na literatura e em situações reais em que este problema ocorre. Além de serem problemas difíceis e relativamente pouco estudados, a principal justificativa para o estudo destes problemas é que, com métodos de solução eficazes para a otimização do roteamento dos veículos e do carregamento das cargas, decisões operacionais e táticas podem ser tomadas com maior segurança, acurácia, rapidez e menor incerteza em situações reais, além de possibilitar um melhor desempenho do pessoal encarregado da montagem e descarregamento da carga. Por outro lado, estes métodos também podem ser úteis na redução de custos fixos e variáveis de uma empresa que venha a utilizá-los. Experimentos computacionais com alguns dos modelos propostos foram realizados utilizando um aplicativo de otimização e aplicados a exemplos gerados aleatoriamente. Estes resultados mostram que os modelos são coerentes e representam adequadamente as situações tratadas, embora esta abordagem (na sua versão atual) esteja limitada a resolver otimamente apenas problemas de tamanho bem moderado, isto é, em que haja poucos clientes, poucos veículos, e que o número de possíveis posições para se arranjar as caixas dentro de cada veículo seja relativamente pequeno. Isso motivou o desenvolvimento de métodos heurísticos e meta-heurísticos para resolver problemas mais realistas de roteamento e carregamento de veículos. Os algoritmos são baseados na combinação de heurísticas clássicas das literaturas de Roteamento de Veículos e de Carregamento de Contêineres, bem como em duas estratégias meta-heurísticas, e no uso delas em procedimentos mais elaborados. Embora não haja garantias de que as soluções obtidas para os respectivos problemas sejam ótimas, tratam-se de heurísticas relativamente simples, suficientemente rápidas para resolver problemas reais, razoavelmente flexíveis para incorporar aspectos práticos, e que normalmente garantem soluções relativamente boas em tempos computacionais aceitáveis na prática. Experimentos computacionais foram realizados com estes métodos considerando exemplos baseados na literatura de Roteamento de Veículos e em pedidos reais de cargas, bem como exemplos baseados em um caso real em que o problema ocorre.

[pt] Otimização topológica (OT) é uma técnica de otimização estrutural capaz de gerar projetos incrivelmente detalhados para uma grande gama de problemas. No entanto, a maioria dos trabalhos de OT presentes na literatura está focada em problemas de minimização de flexibilidade, que não consideram a resistência dos materiais durante o processo de otimização, levando a soluções que não satisfazem limites de falha do material. Neste trabalho, focamos em problemas de OT baseados em tensão no qual introduzimos restrições de tensão no problema de otimização, para garantir a integridade estrutural do projeto final. A formulação de tensão de OT nos leva a um problema de engenharia muito mais natural que nos remete à seguinte pergunta: Qual a estrutura mais leve capaz de suportar as cargas as quais será submetida? Para ajudar a responder essa pergunta e para trazer a OT para mais próximo de aplicações reais, neste trabalho foi desenvolvido um sistema computacional em paralelo, baseado em GPU, considerando uma carga que pode variar a sua direção continuamente e capaz de resolver problemas de larga escala. A implementação em GPU apresenta soluções eficientes para os principais problemas de OT de larga escala, como o filtro, o algoritmo de otimização e a solução das equações de equilíbrio. Ao mesmo tempo, ao considerar uma carga variando continuamente que mais se aproxima das condições reais de carregamento usando uma estratégia de pior cenário, obtém-se soluções mais robustas e mais adequadas a aplicações de engenharia. Várias soluções numéricas são apresentadas, incluindo problemas 3D com mais de 45 milhões de restrições de tensão, que demonstram a efetividade das técnicas desenvolvidas neste trabalho. O sistema de larga escala baseado em GPU combinado com as soluções analíticas para a variação contínua de carga, tem o potencial de expandir o uso da OT na engenharia levando a novas e mais eficientes estruturas. / [en] In the field of structural optimization, Topology Optimization (TO) is one of the most general techniques because it is able to generate complex structures with intricate details for a wide range of problems. However, most of the works in TO have focused on compliance-based design that does not consider material strength in the design process leading to structures that do not satisfy material failure requirements. In this work, we focus on the stress-based design approach. We introduce stress constraints in the optimization procedure to guarantee the structural integrity of the final optimized design. This leads to a more natural formulation that addresses a simple engineering question: What is the lightest structure able to withstand its loads? We developed a large-scale GPU-based parallel stress-constrained TO framework considering a continuous range of varying load directions to answer this question and close the gap between TO and practical application. The developed GPU-based C++/CUDA framework efficiently addresses the main challenges of large-scale TO, filtering, optimization algorithm, and the solution of the equilibrium equations, only requiring a moderately affordable GPU hardware. At the same time, we obtain designs that are more suitable for engineering applications by considering a continuous variable range of load directions that more closely resemble real-life service loads using a worstcase analytical approach. We present several numerical results, including 3D problems with over 45 million local constraints providing detailed optimal structures that demonstrate the capabilities of the techniques developed in this work. The large-scale GPU framework, combined with the analytical solutions for continuously varying load cases, has the potential to expand the applications of TO techniques leading to improved engineering designs.