No presente trabalho, uma combinação do método dos elementos de contorno (MEC) com o método dos elementos finitos (MEF) é apresentada para a análise da interação entre estacas e o solo, considerado como um meio infinito tridimensional e homogêneo. O meio contínuo tridimensional de domínio infinito é modelado pelo MEC, enquanto as estacas consideradas como elementos reticulares são tratadas pelo MEF. As equações das estacas oriundas do método dos elementos finitos são combinadas com as do meio contínuo obtidas a partir do método dos elementos de contorno, resultando em um sistema completo de equações, que convenientemente tratadas, proporcionam a formulação de coeficientes de rigidez do conjunto solo-estacas. Finalmente, uma formulação para a análise do comportamento não-linear do solo na interface com a estaca é desenvolvida, tornando o modelo mais abrangente. / In the present work a combination of the Boundary Element Method (BEM) and the Finite Element Method (FEM) is used for pile-soil interaction analyses, considering the soil as a homogeneous, three-dimensional and infinite medium. The three-dimensional infinite continuous medium is modeled by the BEM, and the piles are, considered as beam elements, modeled by the FEM. This combination also is used for studying the interaction of plates sitting on a continuous medium. The pile equations generated from the FEM are combined with the medium equations generated from the BEM, resulting a complete equation system. Manipulating properly this equation system, a set of stiffness coefficients for the system soil-pile is obtained. Finally, to make the model more comprehensive, it presented a formulation to take into account the soil nonlinear behavior at the pile interface.

This thesis addresses the development of a weakly non-linear Higher Order Time Domain Rankine Panel Method (TDRPM) for the linear and weakly non-linear seakeeping analysis of floating offshore structures, including wave-current interaction effects. A higher order boundary elements method is adopted based on the body geometry description using Non-uniform Rational B-splines (NURBS) formulation, which can be generated by many standard Computed Aided Design (CAD) softwares widely available, and the several computed quantities (velocity potential, free surface elevation and others) are described using a B-spline formulation of arbitrary degree. The problem is formulated considering wave-current-body interactions up to second order effects, these ones considering the terms obtained by interaction of zero/first order quantities. In order to provide numerical stability, the Initial Boundary Value Problem (IBVP) is formulated in terms of the velocity potential and the local acceleration potential, the later used to predict the hydrodynamic pressure accurately. The zeroth order problem is solved using the double-body linearization instead of the Neumman-Kelvin one in order to allow bluff bodies simulation, leading to very complex expressions regarding the m-terms computation. The method adopts the Rankine sources as Green\'s function, which are integrated using Gauss quadrature in the entire domain, but for the self-influence terms that are integrated using a desingularized procedure. The numerical method is verified initially considering simplified geometries (sphere and circular cylinder) for both, first and second-order computations, with and without current effects. The derivatives of the velocity potential are verified by comparing the numerical m-terms to the analytical solutions for a hemisphere under uniform flow. The mean and double frequency drift forces are computed for fixed and floating structures and the quantities involved in these computations (wave runup, velocity field) are also compared to literature results, including the free floating response of a sphere under current effects. Two practical cases are also studied, namely the wave-induced second order responses of a semi-submersible platform and the wavedrift-damping effect evaluated through the equilibrium angle of a turret moored FPSO. For the former, some specific model tests were designed and conducted in a wave-basin. / Essa tese aborda o desenvolvimento de um método de Rankine de ordem alta no domínio do tempo (TDRPM) para o estudo de problemas lineares e fracamente não lineares, incluindo o efeito de corrente, envolvendo sistemas flutuantes. O método de ordem alta desenvolvido considera a geometria do corpo como descrita pelo padrão Non-uniform Rational Basis Spline (NURBS), que está disponível em diverso0s softwares de Computed Aided Design (CAD) disponíveis, sendo as diversas funções (potencial de velocidades, elevação da superfície-livre e outros) descritos usando B-splines de grau arbitrário. O problema é formulado considerando interações onda-corrente-estrutura para efeitos de até segunda ordem, os de ordem superior sendo calculados considerando as interações somente dos termos de ordem inferior. Para garantir a estabilidade numérica, o problema de contorno com valor inicial é formulado0 com relação ao potencial de velocidade e de parcela local do potencial de acelerações, este para garantir cálculos precisos da pressão dinâmica. O problema de ordem zero é resolvido usando a linearização de corpo-duplo ao invés da linearização de Neumman-Kelvin para permitir a análise de corpos rombudos, o que requer o cálculo de termos-m de grande complexidade. O método adota fontes de Rankine como funções de Green, que são integradas através de quadratura de Gauss-Legendre no domínio todo, exceto com relação aos termos de auto-influência que adotasm um procedimento de dessingularização. O método numérico é inicialmente verificado considerando corpos de geometria simplificada (esfera e cilindro), considerando efeitos de primeira e segunda ordens, com e sem corrente. As derivadas do potencial de velocidade são verificadas comparando os termos-m obtidos numericamente com soluções analíticas disponíveis para a esfera em fluído infinito. As forças de deriva média e dupla-frequência são calculadas para estruturas fixas e flutuantes, sendo as funções calculadas (elevação da superfície, campo de velocidade) comparadas com resultados disponíveis na literatura, incluindo o movimento da esfera flutuante sob a ação de corrente e ondas. São também estudados dois casos de aplicação prática, a resposta de segunda ordem de uma plataforma semi-submersível e o efeito de wave-drift damping para o ângulo de equilíbrio de uma plataforma FPSO ancorada através de sistema turred. No caso da semi-submersível, os ensaios foram projetados e realizados em tanque de provas.

O presente trabalho trata do desenvolvimento de formulações numéricas para avaliar o comportamento mecânico de estruturas compostas planas, no contexto de elasticidade linear e mecânica da fratura não linear. As formulações propostas são baseadas no Método dos Elementos de Contorno (MEC), por meio das representações integrais singular e hiper singular dos problemas elastostáticos. A técnica de multi-regiões é considerada para acoplar a interface de sólidos multifásicos. O MEC é uma técnica numérica robusta e precisa para analisar o fenômeno da fratura em sólidos. Esse método numérico apresenta uma natural redução na dimensionalidade do problema, tornando mais simples a modelagem das superfícies de fratura. Além disso, essa redução de dimensionalidade faz também com que o tratamento de interfaces materiais em estruturas compostas seja uma tarefa menos árdua. Com o uso da solução fundamental de Kelvin nas representações integrais, materiais isotrópicos podem ser considerados para constituir as estruturas compostas. Por outro lado, utilizando a solução fundamental de Cruse & Swedlow, também é possível lidar, de maneira geral, com materiais anisotrópicos em estruturas compostas. Nessas estruturas, as fraturas são assumidas como ocorrendo ao longo das interfaces e o comportamento não linear é introduzido pelo modelo coesivo de fratura, o qual é aplicável a materiais quase frágeis. Nessas análises, o sistema não linear de equações pode ser solucionado utilizando dois distintos algoritmos de resolução iterativa. O primeiro sempre leva em consideração a rigidez elástica da estrutura e é, portanto denominado Operador Constante (OC). Já o segundo é denominado Operador Tangente (OT), pois considera uma rigidez tangente à resposta estrutural não linear, o que resulta em melhores taxas de convergência em comparação ao OC. Como aplicações das formulações, estruturas compostas teóricas foram analisadas em regime elástico. Além disso, testes experimentais de fratura em espécimes de concreto e madeira também foram simulados. A comparação dos resultados com as referências demonstrou que, as formulações foram efetivas e precisas para avaliar respostas mecânicas de estruturas, seja em regime elástico linear ou nos testes de fratura quase frágil. / The present work deals the development of numerical formulations to evaluate the mechanical behaviour of plane composed structures, in the context of linear elasticity and nonlinear fracture mechanics. The proposed formulations are based on the Boundary Element Method (BEM), through its classical singular and hyper singular integral equations. The multi-region technique is adopted to couple the interfaces of non-homogeneous multiphase bodies. The BEM is a robust and accurate numerical technique to analyse fracture phenomena in solids. This numerical method presents a mesh dimensionality reduction, which makes easier the modelling of cracks surfaces. Besides, this dimensionality reduction also makes the treatment of interfaces in composed structures a less complex task. Considering the use of Kelvin fundamental solutions at the integrals equations, isotropic materials can be represent as parts of the composed structures. On the other hand, using Cruse & Swedlow fundamental solution it is also possible to deal with general anisotropic materials. At the composed structures, cracks can propagate along the materials interfaces and the cohesive crack model is responsible for the nonlinear structural behaviour of the quasi-brittle failures. The nonlinear system of equations at the fracture analyses is solved using two different algorithms for iterative resolution. The first always takes into account the structure elastic strength and, hence it is called Constant Operator (CO). On the other hand, the second is denominated Tangent Operator (TO) due to the fact that it considers strengths at the tangent directions of the nonlinear structural response. Therefore, convergence rates are faster when compared with the CO. As applications, composed structures were analysed with the developed formulations in linear elastic range. In addition, experimental fracture testes performed in concrete and wood specimens were also analysed. The confront of obtained results with the reference ones show that, the formulation was effective and accurate to evaluate the mechanical responses of composed structures in linear elastic range, and also to perform nonlinear quasi-brittle fracture tests.

Neste trabalho apresenta-se uma combinação de formulações numéricas para a análise da interação estaca-solo com ou sem blocos de capeamento rígido, sujeita à carga horizontal e vertical. Nestas formulações as estacas são representadas pelo método das diferenças finitas (MDF) ou pelo método dos elementos finitos (MEF) e o solo é representado pelo método dos elementos de contorno (MEC). Na utilização do MEF, para a análise das estacas, os deslocamentos e as forças de interação foram representados por várias funções polinomiais chegando-se a um elemento finito final considerado eficiente e constituído por quatro pontos nodais, 14 parâmetros nodais, sendo quatro para deslocamentos lineares em cada uma das direções (X1, X2 e X3) e mais dois parâmetros referentes as rotações do topo da estaca em torno dos eixos X1 e X2. Os deslocamentos transversais ao longo da estaca foram representados por uma função polinomial do 4º grau e os deslocamentos axiais foram representados por uma função cúbica. Para as forças da interface nas direções X1 e X2 são utilizados funções polinomiais cúbicas. As forças de superfície cisalhantes que ocorrem ao longo do fuste da estaca são representadas por um polinômio quadrático e a tensão normal à seção da extremidade inferior da estaca é suposta constante. O maciço de solos é modelado pelo MEC como um meio contínuo, elástico-linear, semi-infinito, isótropo e homogêneo. Combinando-se estes métodos de análise, obtém-se um sistema de equações lineares representando o problema de interação estaca-solo. Após a resolução deste sistema, são obtidos os deslocamentos e rotações nos nós do elemento e as tensões de contato estaca-solo. Vários exemplos envolvendo as formulações propostas são analisados e os resultados obtidos são concordantes com os de outros autores. / This work presents a mixed numerical formulation of analysis of the pile-soil interaction, with or without rigid caps, under horizontal and vertical loads. In these formulations the piles are modeled by finite difference method (FDM) or finite element method (FEM) and the soil is represented by the boundary element method (BEM). In the finite element method for the pile analysis the displacements and interactions forces with the soil were represented by several polynomials functions leading to an efficient element with four nodal points, 14 nodal parameters, where four parameters are the linear displacements for each directions (X1, X2 e X3) and two parameters for the rotations at the top of the pile. The transversal displacements along the pile were represented by a fourth degree polynomial and the axial displacements were represented by cubic functions. The interface forces in the X1 and X2 directions are represented by cubic functions. The shear contact forces along of the pile surface are approximated by a second degree polynomial and the normal tractions in the pile tip is assumed to be constant over its crosssection. The soil is modeled by BEM as an isotropic, homogeneous, semi-infinite and linear-elastic continuum. Combining these analysis methods a complete system representing a pile-soil interaction problem can be obtained and from it the displacements and the pile-soil contact tractions can be achieved. Various examples are presented and the results closely agree with others authors.

A circulação sazonal da Plataforma Continental Leste Brasileira (PCLB) entre 10oS e 16oS é investigada com base em um inédito conjunto de dados in situ e em modelagem hidrodinâmica. Os dados observados possibilitaram a compreensão da dinâmica da circulação em partes específicas da região de estudo e a sua interação com os diversos mecanismos forçantes, ilustrando a forte influência da circulação atmosférica e oceânica de meso/larga escalas, de processos transientes e da topografia local, na circulação regional, apresentando cenários distintos entre as estações do ano. Os resultados da modelagem hidrodinâmica não só complementaram os estudos observacionais, como também permitiram uma maior compreensão da variabilidade sazonal e espaço-temporal da circulação na PCLB, assim como a sua interação com os diversos mecanismos forçantes, para uma região mais ampla (10oS-16oS). A PCLB é fortemente afetada pela sazonalidade de larga escala do regime dos ventos alísios e da latitude da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Seguindo esta dinâmica, durante as estações de primavera/verão, as correntes na Plataforma Continental (PC) ao sul de 12oS ficam sujeitas a ventos preferenciais de E-NE e, no oceano, a bifurcação da Corrente Sul Equatorial (bSEC) atinge a sua posição mais ao norte (~13oS em novembro). Nas regiões da quebra da PC e do talude continental, as correntes são também influenciadas pelas Correntes de Contorno Oeste (CCO). No domínio norte (10oS), a circulação na PC interna é para sul, seguindo o campo de ventos preferencial, enquanto a circulação na PC média e na quebra da PC é mais influenciada pelas correntes na região do talude continental, que são claramente dominadas pela dinâmica da Corrente Norte do Brasil/Sub-Corrente Norte do Brasil (CNB/SCNB). No domínio central (14oS), embora a circulação seja de certa forma similar à observada para o domínio norte, a circulação no talude continental apresenta uma maior variabilidade como resposta à presença dos fluxos contrários da Corrente do Brasil (CB) e da SCNB. A circulação no domínio sul (16oS) possui uma clara divisão ao longo da PC/talude continental, apresentando um intenso e organizado fluxo direcionado para sul na PC interna e média, como resposta à forçante remota do vento, e uma circulação polarizada na direção perpendicular à costa nas regiões da quebra da PC/talude continental, sugerindo uma associação com a CCO e com a topografia local do Banco Royal Charlotte. Durante as estações de outono/inverno, seguindo o regime sazonal dos ventos alísios e da latitude da ZCIT, a PC ao norte de ~20oS fica sujeita a ventos preferenciais de E-SE e as correntes sofrem uma reversão do fluxo médio, e a bCSE atinge seu limite sul (~17oS em julho). A circulação na PC interna e média no domínio norte durante estas estações, apresenta um fraco fluxo para norte com uma alta variabilidade. Enquanto na PC interna esta variabilidade está relacionada à entrada mais frequente de frentes frias, na PC média está relacionada com a circulação na região do talude continental. A circulação nesta região possui uma alta correlação com aquela na região da quebra da PC e ambas apresentam um fluxo médio para norte mais intenso e menos variável, que pode estar relacionado com o fluxo da CNB/SCNB, que ocupa toda a região do talude continental durante estas estações do ano. O fluxo médio para norte no domínio central, apresenta uma fraca intensidade e alta variabilidade nas regiões da PC interna e média e na quebra da PC, que pode estar relacionada com o aumento da frequência de sistemas frontais, ao fato desta região ser influenciada pela bifurcação do fluxo médio em superfície e, para a região da quebra da PC, à variabilidade da SCNB, que apresenta maiores episódios em que ocupa esta região. A CNB/SCNB exerce uma clara influência na circulação da região do talude continental. A circulação no domínio sul é principalmente gerada pelo vento remoto nas regiões da PC interna e média, enquanto nas regiões da quebra da PC e talude continental apresenta uma significativa influência da CCO. / The seasonal circulation of the Eastern Brazilian Shelf (EBS) between 10oS and 16oS is investigated based on original in situ data sets and hydrodynamic modeling. The observational data provided an understanding of the circulation dynamics within specific parts of the the study region and its interaction with the various forcing mechanisms, illustrating the strong influence of the large/meso scales atmospheric and oceanic circulation, transient processes and local topography on the regional circulation, presenting very distinct scenarios between seasons. The hydrodynamic modeling results not only complemented the observational studies but also allowed for a broader understanding of the seasonality and time-space variability of the EBS circulation, as well as its interaction with the various forcing mechanisms, in a wider region (10oS-16oS). The EBS is highly affected by large-scale seasonality in the trade wind regime and the latitude of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). Following this dynamics, during the spring/summer seasons, the currents within the continental shelf south of 12oS are influenced by preferential E-NE winds and, in the ocean, the bifurcation of the South Equatorial Current (bSEC) reaches its northernmost position (~13oS in November). At the shelf break and slope region, the currents are also influenced by the Western Boundary Currents (WBC). At the northern domain (10oS) the inner shelf circulation is to the south following the preferential winds, while the circulation at the mid shelf and shelf break is more influence by the currents at the slope, which are clearly dominated by the North Brazil Current/North Brazil Undercurrent (NBC/NBUC) dynamics. At the central region (14oS), although the circulation is somehow similar to that observed for the northern domain, the slope circulation presents a greater variability in response to the presence of the opposing Brazil Current (BC) and NBUC flow. At the southern domain (16oS) the circulation has a clear division along the continental shelf/slope regions, presenting an intense and organized southward flow at the inner and mid shelves, as a response to the remote wind forcing, and a polarized cross-shelf circulation at the shelf break/slope region, suggesting an association with the WBC and the local topography of the Royal Charlotte Bank. During the autumn/winter seasons, following the seasonal regime of the trade winds and the latitude of the ITCZ, the continental shelf north of ~20oS are influenced by preferential E-SE winds and the currents experience a reversal of the mean flow, and the bSEC reaches its southernmost position (~17oS in July). The circulation during these seasons at the northern domain inner and mid shelves presents a weak northward flow with a strong variability. While at the inner shelf this variability is related to the more frequent cold front passages at the mid shelf it is related to the slope region circulation. The circulation at this region has a high correlation with the circulation at the shelf break and both present a less variable and more intense northward net flow which could be related to the NBC/NBUC flow, that occupies the entire slope region during these seasons. The northward net flow at the central domain presents a weak intensity and high variability at the inner/mid shelves and shelf break regions, which could be related to the increase in the cold fronts frequency, to the fact that this region is under the influence of the bifurcation of the surface net flow and, for the shelf break region, to the NBUC variability which presents more episodes that occupies this region. At the slope region the NBC/NBUC exerts a clear influence in the circulation. The circulation at the southern domain is mainly driven by the remote wind forcing at the inner and mid shelves, while at the shelf break/slope regions presents a significant WBC influence.

A região oceânica adjacente ao Embaiamento de Tubarão (ET) e ao Banco de Abrolhos (BAb) talvez seja uma das menos investigadas da margem continental brasileira. Estudos acerca da circulação nesta porção da costa atualmente restringem-se a trabalhos realizados na década de 80 e 90. Recentemente, estudos focando a atividade de mesoescala e a variabilidade sazonal da circulação ao largo da costa leste brasileira, tem relatado padrões de escoamento complexos e despertado o interesse da comunidade científica na compreensão da dinâmica local. Buscando compreender o padrão de escoamento na região e dispondo de dados sinóticos dos anos de 2004 e 2005 provenientes do Projeto Abrolhos, este trabalho se propôs a estudar as principais feições encontradas na área em questão através de modelagem numérica. Com este intuito, o campo inicial foi construído através de dados hidrográficos sinóticos, interpolados objetivamente com campos climatológicos mensais do World Ocean Atlas 01. Para tal, os perfis dos dados sinóticos e climatológicos foram adimensionalizados e redimensionalizados, com imagens termais de satélite e campo sintético de salinidade. Após a construção do campo inicial, foi realizada simulação numérica com o Regional Ocean Modeling System - ROMS, para os cenários de inverno (2004) e verão (2005). No cenário de inverno foi identificado um anticiclone dentro do Embaiamento de Tubarão, aqui denominado Vórtice de Tubarão, entretanto o Vórtice de Vitória (VV) e o Vórtice de Abrolhos (VA) só foram encontrados no cenário de verão, estando o o VV associado a um anticiclone simétrico ao eixo da Corrente do Brasil. Os resultados refutam a hipótese de que os anticiclones ao largo do Banco de Abrolhos apresentariam a mesma estrutura dinâmica dos ciclones presentes no Embaiamento de Tubarão. Além disso, pode-se também, atestar a natureza não perene do VV. / The region adjacent to the Tubarão Embayment and Abrolhos Bank is maybe one of the less investigated of the Brazillian continental margin. Studies about the cirulation in this area are currently restricted to studies carried out during the 80\'s and 90\'s. Recently, studies focusing the mesoscale activity and the seazonal variability of the circulation off the Brazillian eastern coast have reported complex flow patterns and raised attention of the scientific community to the lack of knowledge of the local dynamics. In order to comprehend the flow pattern in the region, having synoptic data for 2004 and 2005 from the Abrolhos Project, this work aims to study the main features identified in the study area through numerical modelling. With this intent, the initial field was built through hydrographic synoptic data objectively interpolated with monthly climatological fields of the World Ocean Atlas 01. For that, the profiles of the synoptic and climatological data were non-dimensionalyzed and re-dimensionalyzed with thermal satellite images and synthetic salinity field. After the initial field was built, a numerical simulation with the Regional Ocean Modeling System - ROMS was carried out, for the winter (2004) and summer (2005) scenarios. In the winter scenario an anticyclone, here named Tubarão Eddy, was identified inside the Tubarão Embayment, while the Vitória Eddy (VE) and the Abrolhos Eddy (AE) were only identified in the summer scenario, being the VE associated with an anticyclone symetric to the Brazil Current axis. The results deny the hypothesis that the anticyclones offshore the Abrolhos Bank present the same dynamical structure as the cyclones present in the Tubarão Embayment. Besides, we state the non-permanent nature of the VE.

Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para análise tridimensional não linear geométrica de edifícios considerando a influência de todas as partes componentes do sistema estrutural, incluindo a ligação núcleo-laje e o solo de fundação. Pilares e vigas são modelados com elementos finitos de barra com seção transversal de forma qualquer, enquanto as lajes são modeladas por elementos finitos de casca. Ambos consideram o comportamento não linear geométrico e adotam como graus de liberdade posições nodais e vetores generalizados ao invés de deslocamentos e rotações, sendo também considerado para o elemento de barra o grau de liberdade de empenamento da seção. Apresenta-se uma estratégia cinemática para o acoplamento de topo entre os elementos de casca e a seção dos elementos de barra, gerando assim um elemento de núcleo com diafragma. O acoplamento se dá através de uma matriz de incidência cinemática responsável por inserir na Hessiana e no vetor de forças internas do elemento de barra que discretiza o núcleo as contribuições de elementos de casca a ele conectadas. Admite-se para os materiais do edifício a lei constitutiva elástico-linear de Saint Venant-Kirchhoff e a não linearidade geométrica é considerada através de uma formulação Lagrangiana total com cinemática exata. A flexibilidade dos apoios é considerada através de uma matriz de rigidez do sistema solo-fundação. Esta matriz é calculada em outro programa de acoplamento entre o Método dos Elementos de Contorno e o Método dos Elementos Finitos por meio de uma estratégia numérica baseada, por sua vez, no Teorema de Betti-Maxwell. A estratégia consiste na determinação de coeficientes de flexibilidade de pontos sobre uma malha discreta do sistema solo-fundação, sendo o solo modelado via Método dos Elementos de Contorno com uso da solução fundamental de Mindlin e os elementos estruturais de fundação, que podem incluir placas, sapatas, blocos e estacas, são modeladas com elementos finitos convencionais de barra e de casca. O programa permite a análise de edifícios completos, considerando a influência do empenamento dos núcleos nos pavimentos e também os efeitos da interação solo-estrutura. Exemplos numéricos são apresentados para confirmar a eficiência e demonstrar o potencial de aplicação da formulação proposta. / In this thesis a numerical model for geometric nonlinear analysis of three-dimensional structures of tall buildings was developed, considering the influence of all structural components, including the core-slab connection and the foundation system. Columns and beams are modeled by a frame finite element which can have a cross section of any shape, while the slabs are modeled by shell finite elements. Both consider the nonlinear geometric behavior and adopt nodal positions and generalized vectors as degrees of freedom instead of displacements and rotations. For the frame finite element it is also considered the cross sectional warping as a degree of freedom. A numerical strategy is presented for the coupling between the shell elements and the frame\'s cross section, thus forming a structural-core element with diaphragm. The coupling is done through a kinematic array which is responsible for inserting the contributions of shell elements, connected to the core walls, into the Hessian matrix and also into the internal force vector of the frame element used to discretize the core. The linear-elastic constitutive relation of Saint Venant-Kirchhoff is adopted for the building materials and the geometric nonlinearity is considered via a Lagrangian formulation with exact kinematics. The foundation\'s flexibility is considered through a stiffness matrix for the soil-foundation system. This matrix is computed in another program based on the numerical coupling between the Boundary Element Method and the Finite Element Method, using a numerical strategy based on the Maxwell-Betti\'s Theorem. This strategy consists in determining the flexibility coefficient of points on a discrete mesh of the soil-foundation system. The soil is modeled by the Boundary Element Method using the fundamental solution of Mindlin. The structural foundation elements, including shallow foundation, footings, blocks and piles, are modeled using conventional frame and shell finite elements. The program is applied to the analysis of complete structural systems of tall buildings, considering the influence of the core warping on the mechanical behaviour of the slabs and also the soil-structure interaction effects. Numerical examples are presented to confirm the efficiency and to demonstrate the potential application of the proposed formulation.

Analisam-se problemas de interação solo-estrutura através de uma formulação tridimensional obtida da combinação entre o Método dos Elementos de Contorno (MEC) e o Método dos Elementos Finitos (MEF). Os elementos estruturais que interagem com o solo são modelados pelo Método dos Elementos Finitos. E o solo, considerado como um meio semi-infinito, homogêneo, elástico linear e isotrópico, é modelado pelo Método dos Elementos de Contorno, empregando a solução fundamental de Mindlin. A solução fundamental de Mindlin é particularmente adequada para o tipo de problemas em análise, ou seja, problemas envolvendo sólidos tridimensionais semi-infinitos, já que é necessário discretizar apenas a superfície carregada do solo e/ou a linha de carga, e não todo o sólido tridimensional. A discretização da estaca em vários elementos finitos de viga tridimensional, permitindo a consideração de estacas de qualquer tamanho e submetidas a qualquer tipo de carregamento é uma das principais contribuições do trabalho. Outra contribuição diz respeito à consideração da ação horizontal no sistema placa-estaca-solo, diretamente aplicada na placa, e não redistribuída no topo das estacas. Por isso, os elementos estruturais laminares (radiers, sapatas e blocos de fundação) são modelados por elementos finitos de casca plana, possibilitando a consideração dos efeitos de flexão e de membrana. Essa abordagem permite a análise tanto de um grupo de estacas com bloco de capeamento rígido quanto de um radier estaqueado de qualquer rigidez. O acoplamento entre o MEC e o MEF é feito através de uma formulação mista em que a matriz dos coeficientes de influência do solo obtida pelo MEC é adicionada à matriz de rigidez dos elementos estruturais obtida pelo MEF, resultando em uma matriz de rigidez equivalente. Exemplos numéricos de interação estaca-solo, placa-solo e casca plana-estaca-solo são resolvidos para verificar, validar e demonstrar a eficiência das formulações desenvolvidas e implementadas. / Soil-structure interaction problems are analyzed by a tridimensional formulation obtained combining the Boundary Element Method (BEM) and the Finite Element Method (FEM). Structural elements that interact with the soil are modeled by the Finite Element Method. And the soil, considered as a semi-infinite, homogeneous, linear elastic and isotropic medium, is modeled by the Boundary Element Method, using Mindlin\'s fundamental solution. Mindlin\'s fundamental solution is particularly suitable for the type of problems under analysis, viz. problems involving semi-infinite three-dimensional solids, since it is necessary to discretize only the loaded surface of the soil and/or the line-load, and not all the three-dimensional solid. The discretization of the pile in several three-dimensional beam finite elements, allowing the consideration of piles of any size and subjected to any type of loading, is one of the main contributions of this work. Another contribution is about the consideration of the horizontal load in the plate-pile-soil system, directly applied to the plate, and not redistributed on the top of the piles. Therefore, the laminar structural elements (rafts, footings, and foundation blocks) are modeled by flat shell finite elements, making possible the consideration of the effects of flexion and membrane. This approach allows the analysis of both a capped pile group and a piled raft of any stiffness. The coupling between the BEM and the FEM is performed through a mixed formulation in which the matrix of the soil\'s influence coefficients obtained by the BEM is added to the stiffness matrix of the structural elements obtained by the FEM, resulting in an equivalent stiffness matrix. Numerical examples of pile-soil, plate-soil and flat shell-pile-soil interaction are solved to verify, validate and demonstrate the efficiency of the developed and implemented formulations.

Este trabalho visa a avaliar os efeitos dinâmicos em vigas esbeltas semi-infinitas com contato unilateral em apoio elástico sob flexão composta, e sua possível aplicação a dutos flexíveis de extração de petróleo offshore em configuração de catenária (Steel Catenary Risers) provocados por esforços de movimento da plataforma. O estudo se desenvolve com formulação de vigas semi-infinitas em duas dimensões (2D) com suporte unilateral elástico, considerando-se inicialmente apenas efeito de flexão, à qual se aplica o método das múltiplas escalas (MME) para obtenção dos modos de vibração, e posteriormente o método das variedades invariantes (MVI) para recuperação das relações modais entre as coordenadas generalizadas e as variáveis modais. Trata-se, a seguir, da formulação do problema com consideração da tração, tanto estática como dinâmica, e a projeção da equação de movimento completa segundo os modos obtidos no problema da flexão simples, para obtenção do modelo de ordem reduzida com efeito de tração, que permitiu estudar este último qualitativa e quantitativamente. A formulação inicial teve como ponto de partida a utilização de mudanças de variáveis que permitiu a transformação do problema de condições móveis em condições fixas de contorno, propiciando caracterizar o movimento vertical da viga na solução analítica do problema de vibrações livres, até o limite possível, para depois utilizar técnicas de integração numérica na solução do problema de vibrações forçadas. A motivação para estudo de tais efeitos está ligada à importância indiscutível que tem para a indústria petrolífera e para a economia mundial, além do crescente papel deste segmento em termos nacionais. A descoberta do Campo de Tupi, na Bacia de Santos, que representa a maior reserva de óleo e gás do País, alavancou pesquisas para extração de petróleo em águas ultra-profundas (profundidades da ordem de 2.500m) (fonte: www.petrobras.com.br), além da necessidade já estabelecida de maiores pesquisas em águas profundas (profundidades que podem chegar a 2.000m). Considere-se também a motivação da própria Petrobrás, cujo intuito é ter capacidade de extrair 4,5 milhões de barris por dia até 2020. Tal capacidade de produção deve exigir 45 sistemas de produção, sendo que cada sistema de produção necessita de 4 a 5 barcos de apoio, totalizando assim 200 barcos operando em 2020 (Fonte: O Estado de São Paulo, Ano 131, Nº 42786, Coluna Celso Ming). Apesar da crescente pesquisa em fontes alternativas de energia, a demanda não só por óleo e gás, mas também pela utilização de polímeros e componentes plásticos, ainda sustentará a extração de petróleo por no mínimo algumas décadas. Além disso, técnicas melhores na fixação de carbono (técnicas naturais e artificiais para seqüestro de carbono), permitem sonhar que a utilização de petróleo, desde a sua queima até a produção de material sintético possa se tornar cada vez menos impactante para o meio ambiente. / This work aims at analyzing the dynamical effects in slender reticulated beams on elastic support with unilateral contact under combined axial force and bending, and the possibility of its association with steel catenary risers connected to offshore structures, caused by movement of the platform. The study is developed based on 2D semi-infinite beams on unilateral elastic support, initially considering only bending effects, to which the multiple scales method (MSM) is applied to obtain vibration modes, and thereafter the invariant manifold method (IMM) to obtain the modal relationships between the generalized coordinates and the modal variables. It follows the formulation of the problem considering tension effects, both from static and dynamical sources, and the projection of the full equation of motion with respect to the vibration modes from the first formulation considering only bending effects, which allows us to obtain the reduced order model with tension effects, and its application to steel catenary risers (SCR). The starting point for the mathematical formulation is a variable transformation, which allows us to change a free boundary into a fixed boundary one. It is then possible to obtain the free-vibration analytical solution, as far as possible, and then use numerical integration schemes to obtain the forced vibration time responses. As motivation, we can firstly mention the unquestionable role of the oil and gas industry for the world economy, besides its increasing market share within the national economy. The discovery of the Tupi Field, in the Santos Basin, which represents the biggest oil and gas reserve of the Country, gave impulse to investments and research in all fields associated to the oil and gas area, in ultra deep water (depth around 2.500m), besides the well known need of research in deep water (depth around 2.000m). In spite of the growing research on alternative sources of energy, the world still demands not only oil and gas, but also polymers and plastic components, and this will still be the scenario for the next decades. Besides that, the increasing of knowledge in carbon sequestration may keep up the use of oil and gas for some more decades, hopefully with less environment impact.

A identificação de parâmetros físicos e geométricos utilizando medições experimentais é um procedimento comum no tratamento de muitos problemas da ciência e engenharia. Neste contexto, a análise inversa apresenta-se como uma importante ferramenta no tratamento desses problemas. Este trabalho apresenta formulações que acoplam o uso do método dos elementos de contorno (MEC) e a técnica de correlação de imagens digitais (CID) (para obtenção dos campos de deslocamentos) na resolução de alguns problemas inversos de interesse para engenharia de estruturas. Implementou-se um código computacional baseado no MEC, em técnicas de regularização e em algoritmo genético, para análise inversa em problemas de identificação das propriedades dos materiais, recuperação das condições de contorno e identificação de parâmetros do modelo coesivo de fraturamento. Exemplos com dados oriundos de uma prévia análise direta (simulando dados experimentais) são apresentados para demonstrar a eficiência das formulações propostas. Ensaios de vigas em flexão em três pontos com entalhe foram realizados com aquisição de imagens para obtenção dos campos de deslocamentos da região de propagação da fissura, via CID. Estes campos foram utilizados para alimentar o modelo inverso proposto. A técnica de CID originou dados em quantidade e precisão suficientes para os fins almejados neste trabalho. A utilização do MEC mostrou-se simples e de grande eficiência para a solução dos problemas inversos tratados. / The identification of physical and geometrical parameters utilizing experimental measurements is a common procedure in treating many problems of science and engineering. In this context, the inverse analysis is an important tool in treating these problems. This work presents formulations that associate the use of boundary element method (BEM) and the technique of digital image correlation (DIC) (for obtaining the displacement fields) in solving some inverse problems of interest to Structure Engineering. A computer code based on the BEM, on regularization techniques and genetic algorithm has been implemented for the treatment of problems such as Identification of material properties, recovery of boundary conditions and identification of cohesive model parameters. Examples with data from a previous direct analysis (simulating experimental data) are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed formulations. Three point flexural tests with notch were performed and images were acquired to obtain the displacement fields on one lateral surface of the samples, via DIC. These displacement fields were used to feed the inverse model proposed. The DIC technique resulted in quantitative and accurate data for the purposes of this study. The use of the BEM proved to be simple and efficient in solving the inverse problems treated.