Tubos flexíveis são estruturas complexas compostas de várias camadas metálicas e poliméricas empregados pela indústria offshore na exploração de hidrocarbonetos. O estudo do comportamento estrutural e das falhas que podem advir do lançamento e uso desses sistemas em campo é uma área vasta e fecunda da mecânica estrutural. Apesar dos progressos alcançados na análise e nos vários estudos conduzidos ao longo dos anos, no sentido de explicar o surgimento do fenômeno conhecido por birdcaging pesquisando o comportamento das camadas conhecidas como armadura de tração, pouca atenção foi direcionada ao comportamento estrutural da capa plástica externa. A presente tese contribui com os estudos do mecanismo deflagrador do birdcaging à luz do comportamento estrutural da capa plástica e apresenta um critério limite para a previsão do fenômeno. Estudos analíticos, numéricos e principalmente experimentais foram realizados em tubos de PEAD simulando a capa plástica com a finalidade de investigar a instabilidade axissimétrica desta quando sujeita a compressão axial e pressurização interna. Utilizando o modelo analítico adaptado, foi criado um diagrama de limite de instabilidade com o uso de força e pressão interna adimensionalizadas. Este diagrama, testado com simulações realizadas em elementos finitos, ensaios experimentais em tubos de PEAD, e com valores de ensaios experimentais em tubos flexíveis, oferece um critério de engenharia para a predição do fenômeno em questão. / Flexible pipes are complex structures composed of several metallic and polymeric layers employed by the offshore industry in oil and gas exploration. The study of the structural behavior and failures that may arise from the laying down operations and use of these systems in the field is a vast and fruitful field of structural mechanics. Despite the progress in the analysis and several studies conducted over the years in order to explain the appearing of the birdcaging phenomenon through the research of the behavior of layers known as tensile armors, not too much attention was directed to the structural behavior of outer plastic layer. This thesis contributes with the studies of the birdcaging mechanism regarding the structural behavior of the plastic cover and presents a simple criterion to triggering the phenomenon. Analytical, numerical and mainly experimental studies were conducted with HDPE pipes simulating the outer plastic cover in order to investigate the axisymmetric instability under compressive loading and internal pressure. Using an adapted analytical model, a limit instability chart was constructed using dimensionless axial compressive load and internal pressure. This chart, tested with finite element simulations, experimental tests on HDPE pipe, and with values of experimental tests on flexible pipes, may offer an engineering criterion to predict the phenomenon in question.

A evolução das pontes estaiadas modernas mostra a procura da engenharia de pontes por sistemas estruturais cada vez mais leves e esbeltos. No intuito de dar contexto ao problema de análise de estruturas esbeltas, de maneira geral e desde a perspectiva da concepção, se discutem os vários arranjos estruturais que podem se obter ao combinar o pilão, o sistema de suspensão por estais e o tabuleiro, elementos que compõem qualquer sistema estrutural de ponte estaiada. Este trabalho apresenta um método de análise estrutural estático não linear que considera os efeitos decorrentes da mudança da geometria da estrutura sob carregamentos (não linearidade geométrica) e os efeitos da resposta não linear da seção de concreto estrutural quando solicitada por flexão oblíqua composta (comportamento não linear do material). O programa ANLST foi elaborado para obter as relações momento-normal-curvatura e as rigidezes secantes na flexão oblíqua composta para uma seção de concreto de geometria arbitraria, esses resultados são integrados com uma análise elástica de segunda ordem, que é executada no programa SAP2000 para análise estrutural por elementos finitos. Mostra-se a formulação do método de análise elástica de segunda ordem pelo princípio dos deslocamentos virtuais, que leva em consideração os efeitos dos deslocamentos finitos dos nós do modelo para a resposta da estrutura, por meio da matriz de rigidez geométrica do elemento barra no espaço. Finalmente são apresentados dois exemplos de estruturas planas para validar o método e um exemplo de uma estrutura espacial para a aplicação do método. Todos esses exemplos mostram que os esforços e deslocamentos de segunda ordem, em este tipo de estruturas, não podem ser desprezados. / Modern cable stayed bridges evolution shows the bridge engineering searching for lightweight and slender structural systems. Trying to give context for the problem of analysis of slender structures, of a general mode and from the conception perspective, is discussed the several structural layouts that can be obtained from the combination of pylon, cable stayed suspension system and girder, elements that compose any structural system of cable stayed bridges. This work presents a method of non-linear static structural analysis that consider the resulting effects of geometry change under loading (geometric non linearity), and the effects of nonlinear response of the structural concrete section when it is loading for biaxial bending and axial force interaction (material non linearity). The ANLST program was developed to obtain the moment-axial-curvature relationships and the secant stiffness for biaxial bending and axial force interaction for a concrete section of arbitrary geometry. These results are integrated with the second order elastic static analysis, which is executed in the finite element program SAP2000 for structural analysis. A formulation of method for second order elastic analysis is shown by the virtual displacement principle, which leads in consideration the effects of finite displacement of the model\'s nodes for the structural behavior, by means of geometric stiffness matrix for space frame element. Finally are shown two examples of plane structures for the validation of the method and one example of space structure for the application of the method. All of these examples showed that second order forces and displacements can\'t be despised in this type of structures.

As pontes estaiadas são pontes que consistem de um tabuleiro suportado por cabos retos e inclinados (estais) fixados nos mastros. Este tipo de estrutura é altamente hiperestática, bastante sensível à seqüência construtiva, mas mesmo assim aceitando, por conta a flexibilidade do tabuleiro uma considerável gama de esforços de instalação dos estais. É importante escolher uma distribuição inicial apropriada para esses esforços sob carregamento permanente tal que a flexão no tabuleiro seja limitada. A presente pesquisa tem como objetivo estudar diferentes métodos para a obtenção de uma boa distribuição de esforços nos estais em pontes estaiadas. Os métodos estudados nesta pesquisa são: o método do tabuleiro articulado (uma articulação em cada cruzamento com os estais - MTA), o método de anulação dos deslocamentos (MAD), o método de anulação das reações em apoios fictícios (MAR) e o método de anulação dos deslocamentos ao longo do processo construtivo. A idéia final de todos eles é obter para o tabuleiro uma resposta próxima à de uma viga continua. Porém, se for necessário, pode-se controlar também os deslocamentos do mastro. Os três primeiros métodos são estudados para a configuração final da ponte, mas também foram verificados seus resultados considerando o processo construtivo, já que durante esta etapa ocorrem variações nos esforços internos da ponte alterando assim o resultado final. Todos os resultados são comparados com a finalidade de escolher um método que além de controlar a configuração final da ponte apresente uma distribuição aceitável de esforços ao final da construção. Desta forma, pode-se obter uma boa estimativa dos esforços de instalação dos estais. / Cable-stayed bridges consists of a deck supported by inclined and straight cables anchored to the pylons. This type of structure is highly hyperestatic and quite sensitive to the construction sequence, but yet supporting a considerable range of loadings from the cable installation due to the deck flexibility. Nevertheless, due to the deck flexibility the cables can accept a considerable range of loadings. It is important to choose an appropriate initial distribution for those loadings under permanent load, so that the bending moment on the bridge deck is limited. The main goal of this research is to study the different methods for obtaining a good load distribution in cables in cable-stayed bridges. The methods that are studied in this research are: The articulated deck method (there is a joint in every cable-deck junction - MTA), the zero displacement method (MAD), the ficticious support force equilibrium method (MAR), and the construction process zero displacement method. The objective of them all is to obtain a deck bending moment similar to that of a continuous beam. However, if necessary, the displacements of the pylon can be controlled. The first three methods are studied for the bridge final configuration. However, their results for the initial configuration during the construction process are also verified, since there are significant bridge internal loading variations which may change the final outcome. All the results are evaluated in order to choose a method that not also controls the bridge final configuration, but also presents an acceptable cable loading distribution at the end of the construction. This way, a good estimative of the loadings from the pylons installation can be obtained.

[pt] O efeito da protensão pode ser introduzido sobre estruturas de aço em forma de arco, de tal modo que é adicionado um estado de tensões oposto ao estado proveniente da ação de sucção do vento. Dentro deste escopo, o presente trabalho de pesquisa visa apresentar os resultados obtidos com a modelagem numérica, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), sobre o comportamento estrutural de treliças de aço utilizadas no projeto de coberturas protendidas. Para tal, a modelagem numérica é realizada com base em formulações não lineares, com o uso do programa computacional ANSYS, avaliando-se o comportamento estrutural de modelos de treliças de aço em forma de arco até o regime de ruptura. Considerando-se a complexidade do comportamento das treliças em estudo, foram feitas análises com inclusão do efeito da não linearidade física. Com base nos resultados obtidos por meio de uma análise paramétrica, no que tange a comparações entre os valores de resistência das treliças protendidas investigadas, são estabelecidas conclusões e recomendações de projeto. Cabe ressaltar que a economia de material obtida na solução estrutural com base no uso da protensão é resultante do aumento dos níveis de forças de tração nas barras da estrutura, diminuindo-se os de compressão que são menos eficientes. Assim, as soluções estruturais com protensão apresentam diversas vantagens que compensam o seu custo adicional. / [en] Prestressing forces can be introduced on arched steel structures in such a way that a state of tensile stresses is added which to the existing state counteract the state introduced by the wind negative pressures. Within this scope, the present research aims to present the results obtained with the numerical modeling through the Finite Element Method (FEM) on the structural behavior of steel trusses used in the design of prestressed roof structures. For this purpose, the numerical modeling is performed based on non-linear formulations using the ANSYS software in order to evaluate the structural behavior of arched steel trusses modelled up to failure. Considering the complexity of the behavior of the trusses studied, some structural analysis were carried out including the effects of physical nonlinearities. Based on the results obtained through an extensive parametric analysis, with respect to comparisons between the resistance values of the investigated prestressed trusses, conclusions and design recommendations are established. It should be noted that the material savings achieved by the use of prestressing is the resultant from the increase of tensile state of stresses in the bars of the structure, thus reducing the compression stresses, which are less efficient. In this sense, the structural solutions with prestressed trusses have several advantages that compensate for the additional cost of prestressing.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert Paulo Francisco.pdf: 4045114 bytes, checksum: 8738bedf378cfe88c98e7e3880fd9007 (MD5) Previous issue date: 2010-04-06 / Structural masonry is one of the oldest building systems used by man. With technological advance, its use has become more and more frequent for providing rationality and economy to the building. For that reason, the research centers have tried to get to know it more precisely, especially in Brazil, where the system differs from other countries, prevailing the use of not armed or partially armed masonry. The studies conducted aim to know, primarily, the materials used and the analysis of their structural behavior. Even though, there are still masonry structural aspects that haven t been totally clarified. Based on that principle, the purpose of this work was to accomplish an investigation about the influence of grouting segments in the interaction between walls, with the utilization of isolated panels of three, five and seven walls and a multiple pavement structure, developed by computational modeling in finite elements. For the analysis of the results, check the profile of the distribution of normal vertical tensions and the absorption of applied loading. In this way, it is realizable that in some cases the grout causes significant interference, as in the holes of the bricks, while in others, its participation is almost despicable. An example is the grouting of the braces. / A alvenaria estrutural é um dos sistemas construtivos mais antigos usado pelo homem. Com o avanço tecnológico, o seu uso passou a ser cada vez maior por proporcionar racionalidade e economia para a construção. Por isso, os centros de pesquisas têm buscado conhecê-la de maneira precisa, principalmente no Brasil, onde o sistema utilizado difere de outros países, prevalecendo o uso da alvenaria não armada ou parcialmente armada. Os estudos feitos visam conhecer, primordialmente, os materiais empregados e a avaliação do seu comportamento estrutural. Mesmo assim, ainda há aspectos estruturais da alvenaria que ainda não foram totalmente esclarecidos. A partir deste princípio, a proposta do trabalho foi realizar uma investigação sobre a influência de segmentos grauteados na interação entre paredes, com a utilização de painéis isolados de três, cinco e sete paredes e uma estrutura de múltiplos pavimentos, desenvolvido por modelagem computacional em elementos finitos. Para análise dos resultados, avaliou-se o perfil da distribuição de tensões verticais normais e absorção do carregamento aplicado, que é transferido às paredes. Nesse sentido, percebe-se que em alguns casos o graute causa interferência significativa, como nos furos dos blocos, enquanto que em outros, a sua participação é praticamente desprezível. Exemplo disso são os grauteamentos das cintas.

Desde os anos 1940, o pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) é uma tecnologia empregada para o tráfego rodoviário nos Estados Unidos da América (EUA). A partir de 1972, na Alemanha, as premissas de construção do PCCA foram aplicadas em linhas ferroviárias. A utilização do PCCA como plataforma ferroviária é relativamente recente e ainda não existem normas específicas para o seu dimensionamento e análises. Diante disso, o comportamento estrutural do PCCA rodoviário é adotado para as vias férreas rígidas. O objetivo central deste trabalho é compreender o comportamento estrutural de um PCCA convencional utilizado como plataforma ferroviária. Para tanto, foram realizadas simulações numéricas computacionais com o software Abaqus/CAE, primeiramente para elaborar um modelo computacional de um PCCA convencional calibrando-o com resultados de ensaios de campo. Posteriores simulações com fixações, trilhos e a solicitações de três diferentes veículos foram conduzidas, no modelo inicialmente proposto, dentro do próprio Abaqus/CAE. As simulações no PCCA como plataforma ferroviária consistiram em avaliar se a posição da carga ferroviária em relação às fissuras do PCCA influenciava no comportamento estrutural do pavimento. Realizou-se também um estudo paramétrico com os elementos da via permanente e um estudo à fadiga no concreto utilizado. O PCCA comportou-se estruturalmente muito bem quando utilizado para veículos de passageiros. O período de vida observado para os veículos de passageiros está dentro do esperado para plataformas ferroviárias rígidas. Entretanto, para o caso do veículo de carga, os modelos de fadiga mostraram uma vida de projeto bem inferior à esperada para plataformas ferroviárias rígidas, portanto, o pavimento não suportaria o carregamento de veículos de carga. O estudo paramétrico demonstrou que a rigidez das fixações é o elemento que mais influencia na deflexão da via, na tensão de tração no fundo das placas e na tensão de tração em flexão nos trilhos. O melhoramento da capacidade estrutural da fundação diminui a tensão de tração no pavimento, sem alterar a deflexão na via permanente. / Since the 1940s, continuously reinforced concrete pavement (CRCP) is a technology used in the United States of America (USA) for road traffic. Starting in 1972, the CRCP construction premises were applied to railway lines in Germany. Use of PCCA as a railway platform is relatively recent and there are no specific standards for its scaling and analysis, there are no specific standards for its design and analysis. Given this, the structural behavior of the PCCA road is adopted for the rigid railways. The central objective of this work is to understand the structural behavior of a conventional CRCP used as a railway platform. For this, numerical simulations were performed with Abaqus/CAE software to develop a conventional CRCP model calibrated with field test results. Later, simulations with fixations, rails and three different vehicles loads were conducted in the model initially proposed. The CRCP simulations as railway platform consisted of evaluating whether the positioning of the rail load in relation to the CRCP transverse cracks influenced the structural behavior of the pavement. A parametric study was also performed on the permanent track elements and on the concrete fatigue life. As a result, the pavement lifespan observed under these vehicles loads is within that expected for rigid railway platforms, for the three fatigue models used. However, in the case of the cargo vehicle, the fatigue models showed a design life inferior that expected for rigid railway platforms; therefore, the pavement would not be appropriate for the loading of cargo vehicles. The parametric study showed that the stiffness of the fixings is the element that most influences track deflection, tensile stress at the bottom of the slabs and tensile stress in the rails. The improvement of the foundation decreases the tensile stress in the pavement without changing the deflection in the permanent way.

[pt] No presente trabalho foi investigado o comportamento mecânico de um concreto autoadensável reforçado com fibras de aço. Foram utilizadas fibras de aço torcidas e com ganchos, nos comprimentos de 25, 30 e 60 mm e diâmetros de 0,5, 0,62 e 0,75 mm. Para cada uma destas fibras e para cada uma das frações volumétricas investigadas (0,5, 1,0 e 2,0 por cento) foram realizados os ensaios de flexão em quatro pontos em corpos de prova prismáticos e de tração direta em corpos de prova do tipo dog bone shaped. Nos ensaios de flexão, os índices de tenacidade e as cargas residuais foram contabilizados. Alternativamente, determinou-se a energia absorvida nos ensaios de flexão de painéis circulares conforme a ASTM C1550, cuja abertura de fissuras foi medida com o auxílio de transdutores de deslocamento. Os corpos de prova reforçados com fibras de aço submetidos à tração direta se mostraram mais dúcteis com relação à matriz de concreto autoadensável, observando-se grande influência do volume e comprimento ancorado das fibras nas cargas residuais da zona de pós-fissuração. Nos ensaios de flexão, observaram-se grandes incrementos na tenacidade e deformações correspondentes às cargas residuais. Por fim, analisou-se a influência desses concretos no comportamento de vigas armadas sujeitas à flexão. A evolução da abertura de fissuras foi monitorada com sistema de correlação digital de imagens, sendo posteriormente correlacionadas com cargas aplicadas e com os deslocamentos obtidos nos ensaios. Observou-se nestes ensaios, que o reforço fibroso aumentou a capacidade de carga e a rigidez à flexão, atrasando consideravelmente o surgimento de fissuras. / [en] In the present work the mechanical behavior of a self-consolidating concrete reinforced with steel fibers was investigated. Twisted and hooked end steel fibers were used in lengths of 25, 30 and 60 mm and diameters of 0.5, 0.62 e 0.75 mm. For each of these fibers and for each volumetric fractions investigated (0.5, 1.0 and 2.0 percent), the four-point bending tests on prismatic specimens and direct tensile in dog bone shape specimens were performed. In the flexural tests, the toughness and residual strengths were computed. Alternatively, the energy absorption capacity in the round panel tests was determined following the ASTM C1550. During the test the crack opening was measured through displacement transducers. The steel fiber reinforced concrete subject to direct tensile loading was more ductile than the self-consolidating concrete matrix, showing a high influence of the volume and embedded length of the fibers in the residual loads in the post-cracking zone. In the bending tests, a large increase in the toughness and strains corresponding to the residual loads were observed. Finally, the influence of the fiber reinforced concretes on the behavior of reinforced beams subject to bending was investigated. The evolution of the crack openings was monitored with a digital image correlation system and correlated to the applied load and displacements. It was observed in these tests that the fibrous reinforcement considerably increased the load capacity and flexural stiffness, delaying the crack growth.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:00:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4872.pdf: 3473885 bytes, checksum: 1bd5a5d73dae0ecc0bb5b60b52acba6b (MD5) Previous issue date: 2012-11-27 / In view of the lack of basic infrastructure in Brazilian cities, especially in regard to paving networks, it is of fundamental importance a study to ascertain the geological characteristics of the materials available and their potential use as pavement layer after incorporation of additives. This thesis aims at determining, in the laboratory, the mechanical results of soiladditive mixture, in order to evaluate the structural performance of chemically stabilized tropical soils. It also brings, specific objectives, comparing traditional additives - cement and lime - with another additive available in the brazilian market; analyzing the possibility of using these stabilized soils in urban pavement layers and obtaining reference results that may provide subsidies for pavement designers. This research develops from the collection of four (4) soil samples at different points in São Carlos/SP, with whom has been conducted a series of tests: California Bearing Ratio, Expansion and Compression Test. There was an evaluation of soils by determining the mechanical properties of the mixed soil and additive, in terms of carrying capacity, simple compression and expansion. The results were obtained after compression of the mixture in the test specimens and the use of standardized testing methodologies. After a long series of laboratory tests developed for each sample, a critical analysis of structural performance, primarily in its natural condition, then with the structural behavior of each of them, after the incorporation of additives. Research has shown that the best structural behavior of all samples collected in the different conditions of stabilization occurred with the sample ST-03 which, stabilized with 6% cement, obtained in laboratory satisfactory performance for use as the base layer of pavement. / Em vista da carência de infra-estrutura básica nas cidades brasileiras, principalmente no que se refere às redes de pavimentação, faz-se de fundamental importância um estudo que permita conhecer as características geológicas dos materiais disponíveis e as suas possibilidades de utilização como camada de pavimento após a incorporação de aditivos. Esta dissertação tem como objetivo principal determinar, em laboratório, os resultados mecânicos da mistura soloaditivo, a fim de se avaliar o desempenho estrutural de solos tropicais estabilizados quimicamente. Traz ainda, como objetivos específicos, comparar os aditivos tradicionais - cimento e cal - com uma opção de aditivo disponível no mercado brasileiro; analisar a possibilidade de utilização desses solos estabilizados em camadas de pavimentos urbanos e obter resultados de referência que venham a fornecer subsídios aos projetistas de pavimento. Esta pesquisa desenvolve-se a partir da coleta de 4 (quatro) amostras de solo em diferentes pontos do município de São Carlos/S.P., com as quais se realizou uma série de ensaios de Capacidade de Suporte (CBR), Expansão (EXP.) e de Resistência a Compressão Simples (RC). Fez-se a avaliação dos solos tropicais através da determinação das propriedades mecânicas das misturas de solo e aditivo, em termos de capacidade de suporte, expansão e compressão simples. Os resultados foram obtidos após a compactação da mistura, em corpos de prova e com o emprego das metodologias de ensaio normalizadas. Após uma larga série de ensaios de laboratório, desenvolveu-se, para cada amostra, uma análise crítica do desempenho estrutural, primeiramente, em sua condição natural e, depois, no comportamento estrutural de cada uma delas, após a incorporação dos aditivos supracitados. A pesquisa demostrou que o melhor comportamento estrutural de todas as amostras coletadas, nas diversas condições de estabilização, ocorreu com a amostra ST-03 que, estabilizada com 6% de cimento, obteve em laboratório desempenho satisfatório para emprego como camada de base de pavimento.