Dada a grande quantidade de resíduos de construção e demolição (RCD) gerados no setor da construção civil, bem como a necessidade constante de extração de agregados naturais (AN) das jazidas no planeta (as quais vão ficando mais escassas a cada dia), é evidente que é necessário investir em alternativas eficientemente sustentáveis. Uma alternativa normalmente negligenciada é o uso de agregados reciclados mistos (ARM), uma vez que a maioria dos trabalhos brasileiros e internacionais se limita a aplicações em concretos não estruturais ou em argamassas. Entretanto, devido ao fato de que a maioria dos RCD produzidos são classificados como ARM, vê-se necessário estudos que analisem suas propriedades para fins estruturais, em especial o aspecto de durabilidade. Dessa forma, o objetivo geral do trabalho é avaliar a durabilidade de concretos produzidos com agregado reciclado misto graúdo (ARM_g) frente à exposição de íons cloreto. Foram produzidos concretos com três diferentes dosagens, utilizando o método proposto pela ABCP, variando-se o percentual de substituição do agregado natural graúdo (AN_g) por ARM_g (20% e 50%) e adotando, em todas a misturas, a substituição de 20% do cimento CP V – ARI pela adição mineral metacaulim (MK). No estado fresco, o desempenho foi avaliado através do ensaio de abatimento (slump) e do ensaio de massa específica. A análise das propriedades no estado endurecido se deu por meio dos ensaios de resistência à compressão, bem como índices físicos dos concretos, a exemplo de absorção de água, índice de vazios e massa específica. Para a análise da durabilidade, foi feito o ensaio de determinação do teor de cloretos em corpos de prova curados no laboratório, bem como em amostras expostas à ação do ambiente, posicionadas a diferentes distâncias em relação ao mar (199 m e 881 m). Quanto ao uso de ARM_g, os resultados de resistência à compressão tenderam a diminuir frente os concretos convencionais, embora essa redução foi menor nos concretos com uso de 20% de ARM_g e maior nos com 50% de ARM_g. O uso de MK melhorou os resultados de resistência à compressão nesses concretos, possibilitando que eles tivessem valores mais próximos do concreto convencional. Quanto a propriedade de absorção de água por capilaridade, os concretos com uso de ARM_g absorveram mais água em relação ao convencional, o que já era esperado em função da alta porosidade desses materiais. O uso de MK melhorou essa propriedade em todos os concretos, em função do alto teor de finos desse material suplementar. E quanto à influência do tipo de cura nos concretos, foi encontrado que as médias dos resultados de resistência à compressão são estatisticamente iguais e as médias amostrais dos resultados de absorção de água por capilaridade são iguais, demonstrando que o tipo de cura não influenciou nos resultados no estado endurecido dos concretos. Quanto aos resultados de penetração de cloretos, todos os concretos analisados (convencional, 20% e 50% de ARM_g) apresentaram valores dentro do limite normativo e o uso de MK não influenciou significativamente nos resultados; isso também foi observado com relação ao fator “distância da costa”, cujos resultados médios foram estatisticamente iguais, mostrando que esse fator não influenciou nos resultados. Com relação ao efeito isolado da penetração do teor de cloretos na resistência à compressão dos concretos, estatisticamente, as médias dos resultados foram iguais.

O objetivo deste trabalho é realizar uma análise em regime transiente da transferência de calor em poços de petróleo verticais, sendo proposto um modelo matemático para prever o campo de temperatura transiente nessas estruturas. Tradicionalmente, a estratégia mais utilizada para modelar fenômenos térmicos em poços é a abordagem pseudopermanente, que considera a transferência de calor no poço em regime estacionário. No entanto, essa simplificação pode produzir erros significativos, principalmente em condições dinâmicas ou nos instantes iniciais da operação. Nessas situações, considerar o regime transiente pode melhorar a acurácia das previsões. Diante disso, este trabalho desenvolve um modelo matemático para a transferência de calor transiente em poços verticais, incorporando mecanismos frequentemente negligenciados, como a radiação nos anulares e a convecção na superfície do poço. Para alcançar esse objetivo, a metodologia adotada consiste em quatro etapas principais: a) revisão bibliográfica sobre modelagem térmica em poços de petróleo; b) desenvolvimento de um modelo matemático para previsão do campo de temperatura em poços verticais, composto pelas equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia; c) apresentação de uma estratégia numérica para a solução do modelo matemático descrito no item anterior; e d) aplicação do modelo proposto na determinação de distribuições de temperatura em poços de petróleo, comparando os resultados obtidos com dados de campo e com outros modelos da literatura, além da realização de estudos paramétricos. Os resultados mostraram que o modelo apresentou boa concordância com dados de sensores de um poço o!shore e com outros modelos disponíveis na literatura, com erros geralmente inferiores a 5%. Além disso, estudos paramétricos destacaram que a radiação tem impacto significativo em anulares preenchidos com gás, enquanto a convecção na superfície é crucial para prever o resfriamento do poço durante operações de fechamento. O modelo apresentou maior precisão em cenários dinâmicos, como partidas e fechamentos de poços, superando a abordagem pseudopermanente. Dessa forma, o estudo amplia a compreensão dos efeitos térmicos transientes em poços de petróleo, evidenciando a influência de mecanismos como radiação nos anulares e convecção na superfície. Sua aplicação pode contribuir para melhorar análises de integridade de poços de petróleo.

O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para modelar os tempos de ciclagem do método de elevação por gás lift intermitente (GLI) em poços de petróleo onshore, utilizando dados de ajuste de ciclos e aplicando métodos que otimizem a injeção de gás no sistema de elevação artificial. A abordagem busca manter ou aumentar o fator de recuperação de óleo, ao mesmo tempo em que atende aos critérios de resistência mecânica das estruturas envolvidas. Modelos baseados em dados vêm sendo amplamente empregados em diversas áreas da engenharia, especialmente na indústria de petróleo e gás, onde a crescente complexidade operacional tem impulsionado a demanda por soluções tecnológicas mais avançadas. A metodologia proposta neste trabalho visa apoiar o processo de tomada de decisão na modelagem dos tempos de ciclagem, contribuindo para a redução da necessidade de intervenções manuais por parte dos operadores no poço e para o aprimoramento do gerenciamento da integridade estrutural das instalações de produção. Os resultados obtidos demonstraram que o modelo desenvolvido é capaz de prever com precisão os tempos ideais de ciclagem. Além disso, foi observada uma redução significativa na variabilidade operacional dos ciclos, o que favorece a estabilidade da produção e o uso eficiente do gás injetado. Tais resultados indicam que a metodologia representa uma alternativa viável, eficaz e sustentável para aumentar a confiabilidade e a eficiência dos sistemas de produção onshore.

As fibras são conhecidas por melhorarem o desempenho do concreto no comportamento pós-
fissuração, particularmente em termos de propriedades mecânicas, como resistência à tração,
capacidade à flexão e tenacidade. O efeito de ponte de transferência de tensões das fibras de
aço e o confinamento provocado por elas, alteram a redistribuição de momentos nos pórticos.
Nesse contexto, este trabalho objetiva contribuir com o dimensionamento de pórticos de
concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) a partir de análise numérica, por meio da
aplicação da ABNT NBR 16935 (2021). A representação do modelo constitutivo do CRFA é
feita por meio do modelo de dano plástico Concrete Damaged Plasticity (CDP), um modelo
que é capaz de reproduzir o comportamento não linear do compósito. Para garantir a
aplicabilidade do modelo, realiza-se uma validação numérica, reproduzindo no ABAQUS os
ensaios de vigas e pórticos testados experimentalmente. Inicialmente, a validação numérica
foi realizada a partir da simulação das vigas de CRFA testadas experimentalmente por
Conforti et al. (2018) e Buttignol et al. (2017). Em seguida, foi realizada a simulação dos
pórticos de concreto armado testados experimentalmente por Cranston (1965) e por Li et al.
(2022). Posteriormente, os mesmos pórticos foram analisados com a adição de fibras de aço.
Por fim, foram analisados numericamente pilares de concreto armado e de CRFA submetidos
à compressão centrada e compressão excêntrica. De modo geral, os resultados numéricos
indicam uma boa correlação com os resultados experimentais, validando a metodologia
proposta neste trabalho. Nos pórticos de CRFA, as fibras de aço aumentaram a rigidez da
ligação viga-pilar, o que levou a uma mudança na redistribuição de momentos. Os nós de
pórtico de CRFA passaram a resistir a um momento fletor maior, e com uma rotação menor,
em comparação com o pórtico de concreto armado. A adição das fibras de aço também
permitiu a redução da armadura longitudinal da viga e melhorou o desempenho do pilar,
principalmente em relação aos esforços de tração. No entanto, a adição das fibras não resultou
em aumento da capacidade de carga e ductilidade dos pilares. Já em relação ao
comportamento ao cisalhamento das vigas, para os dois volumes de fibras estudados, foi
confirmada a possibilidade de substituição parcial ou integral da armadura transversal.
Também foi evidenciada a importância do uso de uma armadura mínima de flexão nas vigas
de CRFA, apesar da ABNT NBR 16935 (2021) permitir a substituição total da armadura
convencional.

A taxa de penetração (Rate of Penetration - ROP), é um parâmetro de grande interesse na
otimização em tempo real da perfuração. Uma ROP maior diminui o tempo de perfuração e pode
levar a reduções significativas de custo na construção do poço. Modelos preditivos para ROP
são aplicados para prever a ROP resultante baseado em dados medidos durante a perfuração e
viabilizam a determinação de parâmetros operacionais ótimos, como RPM, WOB e a vazão do
fluido, quando aliados a técnicas de otimização. Obter modelos de ROP mais precisos é uma tarefa
difícil, dado a grande quantidade de fatores interagindo de forma não linear entre si. O presente
trabalho envolve o estudo de diferentes modelos de ROP. Modelos tradicionais: Bourgoyne
& Young e Energia Mecânica Específica, e suas adaptações, são comparados com modelos
de aprendizagem de máquina: Redes Neurais Artificiais (Artifical Neural Networks - ANN) e
Florestas Aleatórias (Random Forest - RF). Dados públicos de 7 poços foram estruturados em um
dataset com dados relevantes para avaliação da performance de diferentes modelos na estimativa
da ROP, como parâmetros operacionais, dados de brocas, litologia, perfis geofísicos, gradiente
de poro pressão e resistência não confinada. Nas análises comparativas, métricas de erro, como
o erro médio absoluto (Mean Absolute Error - MAE) e a raiz do erro médio quadrático (Root
Mean Square Root - RMSE), são comparadas entre os diferentes modelos considerando cada um
dos 7 poços. É feito análise de significância estatística com modelo de Bourgoyne & Young, para
compreender efeitos mais significativos na ROP. A interpretabilidade dos modelos tradicionais
em conjunto com o refino de hiperparametros são abordagens adotadas para empregar modelos
de aprendizagem de máquina com inputs mais significativos e com maior capacidade preditiva.
Em seguida, duas estratégias encontradas na literatura para utilização de modelos preditivos para
ROP, aplicados na otimização em tempo real, são comparadas: modelos treinados com dados
de poços de correlação, ou com os dados do próprio poço, simulando processo de aquisição
gradual dos dados (aprendizagem contínua). Os resultados obtidos neste trabalho, indicam melhor
performance de modelos de aprendizagem de máquina em relação aos modelos tradicionais.
O modelo RF apresenta melhor performance geral nas análises comparativas, apresentando
erros menores e menor custo computacional. Foi possível identificar a relevância do torque e
da inclusão de dados da formação (Delta-T compressional) nos modelos de aprendizagem de
máquina. Identifica-se que a estratégia de aprendizagem contínua é capaz de alcançar menores
erros, ainda que se verifica que ambas estratégias são capazes de gerar predições adequadas.

O Nordeste é a terceira região de maior geração de resíduos de construção e demolição no país, de acordo com a ABRELPE (2021). Com o aumento da urbanização, há uma tendência de crescimento na geração de resíduos, o que levou a Organização das Nações Unidas a destacar os resíduos sólidos como um dos principais problemas atuais. Portanto, encontrar uma destinação adequada para esses resíduos fortalece a sustentabilidade ambiental e o desenvolvimento de cidades sustentáveis. Nesse contexto, surge uma oportunidade sustentável de destinação para os RCD’s, como a produção de novos materiais construtivos, por exemplo, blocos reciclados. Esta pesquisa avalia a viabilidade técnica de utilizar agregados reciclados de demolição mistos na produção de blocos, buscando reinseri-los na cadeia da construção civil e gerar novos materiais sustentáveis. Para tanto, o estudo foi realizado utilizando os resíduos fornecidos pela empresa Braskem. Os agregados reciclados foram coletados, beneficiados, passaram por um processo de remoção de impurezas e por procedimentos de caracterização. Após essas etapas, foi adotado o planejamento experimental unifatorial, com a granulometria como fator, utilizando as seguintes combinações de agregados: 100% natural, miúdo reciclado e graúdo natural e miúdo natural e graúdo reciclado, no intuito de determinar a influência dessas combinações na resistência à compressão axial dos blocos. Para o estudo de dosagem, definiu-se a composição ótima, por meio do esqueleto granular, além de ser realizada a técnica de reometria compressiva para determinação da umidade ótima. Na etapa de produção dos blocos, foi realizado um novo estudo de dosagem, com o objetivo de determinar a umidade ótima para os blocos. Os resultados indicaram que os blocos produzidos com areia reciclada e brita natural foram os únicos que apresentaram resistência característica para blocos estruturais. Além disso, os testes estatísticos comprovaram, a um nível de significância de 5%, que os blocos com areia reciclada e brita natural apresentaram diferenças significativas em sua resistência média quando comparados aos demais conjuntos de blocos (naturais e combinação com areia natural e brita reciclada).

A otimização topológica destaca-se como uma técnica importante para análise e concepção de projetos, buscando maximizar o desempenho estrutural por meio da distribuição eficiente de material, considerando às condições de contorno e restrições do problema. Entretanto, a fabricação dessas estruturas por meio dos métodos tradicionais nem sempre são viáveis, devido à configuração complexa e não convencional da geometria. Deste modo, a manufatura aditiva (MA) surge como uma solução inovadora, permitindo a produção de objetos camada a camada, sem a necessidade de moldes. Contudo, ângulos de projeção superiores a 45º na geometria podem exigir material de suporte para evitar falhas e deformações durante a impressão, aumentando custos de material e tempo de fabricação. Com isso, este estudo tem como objetivo avaliar a utilização da otimização topológica em conjunto com o filtro de estrutura de suporte para manufatura aditiva, destacando os potenciais benefícios em termos de economia de material e tempo de produção. Nesse sentido, o AMfilter, desenvolvido por Langelaar (2016), é utilizado juntamente com o código educacional de 88 linhas elaborado por Andreassen et al. (2010), cujo desempenho é verificado por meio de simulações de impressão dos modelos otimizados. O AMfilter busca eliminar a necessidade de estrutura de suporte com base na restrição geométrica, removendo as superfícies salientes que excedem o ângulo máximo permitido, tornando a geometria descrita diretamente imprimível sem estruturas de suporte. Os resultados indicam algumas limitações do AMfilter, como a dependência de malha e o aumento gradual de densidade intermediária na direção de impressão. Além disso, as soluções provenientes da otimização topológica em conjunto com o AMfilter não eliminaram completamente as estruturas de suporte. Apesar das modificações das topologias em relação ao modelo de referência, estas não foram suficientes para alcançar o resultado esperado. Entretanto é observado uma redução no tempo estimando para a impressão de suporte e consequentemente no consumo de material em comparação com modelo de referência. Essa redução foi menos significativa nas simulações com ângulo de 45º para a geração de suporte, mas nas simulações com ângulos superiores de 53º e 60º, atingiu uma média de redução de 25,06% e 37,02%, respectivamente, entre os exemplos discutidos.

Nos últimos anos, os elementos estruturais de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) tiveram sua utilização impulsionada em razão do desenvolvimento técnico e de pesquisas que possibilitaram a compreensão do comportamento mecânico deste material. Com o objetivo de melhorar a ductilidade e tenacidade do concreto, as fibras de aço incorporadas de maneira randômica à mistura são uma alternativa para reforçar o concreto em um estágio pós-fissuração.

No entanto, apesar de diversos avanços nas aplicações, ainda há um campo de pesquisa aberto sobre o emprego de técnica de otimização estrutural para este material. Em termos de modelos constitutivos, o CRFA é considerado um material heterogêneo. Com a teoria de homogeneização, baseada na micromecânica dos campos médios, pode-se definir as propriedades elásticas efetivas para o material homogeneizado, de posse das propriedades dos constituintes e da dosagem da mistura. Buscando-se a previsão do comportamento pós-fissuração, pode-se adotar um critério de resistência para a caracterização do compósito. Nesse contexto, o modelo de Drucker-Prager é utilizado como um critério de análise limite na interface da matriz-fibra, possibilitando a avaliação dos parâmetros de resistência do material homogeneizado. Neste trabalho, contribui-se para os fundamentos de projeto de estruturas assistido por técnicas de otimização topológica, por meio da análise numérica em elementos finitos no software ABAQUS^®, com a utilização de modelos de homogeneização em associação com o método SIMP. Nos exemplos apresentados, valida-se a otimização topológica para materiais elastoplásticos, especificamente para a análise de vigas. Observa-se nos resultados a influência dos parâmetros do procedimento de otimização, a dosagem da mistura e os requisitos de projeto de acordo com as referências normativas. Com o objetivo de fundamentar uma metodologia de análise que proporcione a utilização de elementos mais leves e resistentes, sem as tradicionais barras de aço incorporadas ao concreto, verifica-se no estudo de caso que, para os concretos convencionais, as armaduras são necessárias para a garantia de uma ruptura dúctil.

Este trabalho apresenta um novo framework de monitoramento da integridade estrutural para identificação de danos em elementos estruturais lineares de aço (barras comprimidas e vigas), no contexto de sistemas dinâmicos. O framework integra um modelo híbrido baseado na física e orientado a dados (que pode resultar em um modelo generalizável, acurado, interpretável e computacionalmente eficiente) e métodos de machine learning supervisionado, para a construção de um framework digital twin. As equações governantes do movimento da estrutura íntegra, descobertas pela modelagem híbrida, são usadas para simular a resposta do sistema com dano em diferentes locais e intensidades. A partir dessas simulações, um conjunto de dados é construído para treinar os classificadores de machine learning, considerando os cenários da estrutura com dano e sem dano. O framework digital twin relaciona as entradas do physical twin a cenários de danos específicos, para avisar rapidamente se houver dano, onde está localizado e qual a sua intensidade, de forma que possa apoiar as decisões de engenharia. O framework DT foi avaliado em diferentes configurações de aplicações, demonstrando a potencial contribuição para o estabelecimento de sistemas SHM. O Support Vector Machine foi o classificador que apresentou melhor desempenho, com precisão de 93,97% para a barra engastada e 80,33% para a barra biengastada. Os danos nas barras engastada e biengastada, considerando a vibração axial, foram identificados e robustos para determinados níveis de ruído. No entanto, foi constatado que identificar dano em estruturas hiperestáticas é mais desafiador. A identificação de dano em vigas, considerando a vibração transversal, se mostrou promissora, com precisão de 84,31%, para o classificador Support Vector Machine usando recurso de deslocamento, e 99,98% para o classificador Análise Discriminante Quadrática usando recursos de deslocamento e aceleração. 

O uso de tubos de revestimento é essencial para a manutenção de integridade de poços de petróleo. Para a garantia do seu correto dimensionamento, normas internacionais auxiliam os projetistas de poços, fornecendo equações e metodologias para cálculo das resistências e dos carregamentos aos quais os revestimentos podem ser submetidos ao longo de seu ciclo de vida. Um exemplo de norma é a API/TR 5C3, que em sua revisão de 2008 adicionou a possibilidade de dimensionamento dos revestimentos utilizando técnicas de confiabilidade, informando não só a metodologia de cálculo mas também a caracterização de algumas variáveis aleatórias com base em séries históricas de dados de manufatura de tubos, segundo diferentes fabricantes. Porém, a utilização das ferramentas de confiabilidade em projetos de revestimentos de poços de petróleo ainda é restrita a análises específicas, não fazendo parte da rotina dos projetistas. Desta forma, este trabalho tem por objetivo estudar diferentes situações de carregamentos em diversos tubos de revestimento usualmente aplicados nos projetos de poços de petróleo, empregando a metodologia determinística, mais usual e de conhecimento mais difundido, e a metodologia probabilística, mais robusta mas ainda pouco utilizada nesta área. Os carregamentos aplicados nos tubos serão iguais às suas resistências no limite elástico, que são os valores considerados nos projetos para o cálculo do tradicional Fator de Segurança (FS). A partir dos dados simulados, será realizado um estudo para verificar a equivalência entre o FS e a Probabilidade de Falha (Pf), levando-se em consideração resistências no Estado Limite Último (ELU) dos tubos. Espera-se que estetrabalho possa contribuir para uma maior utilização de metodologias probabilísticas pelos projetistas de revestimentos, a partir da equivalência com as respostas determinísticas usuais, baseadas em envoltórias de resistência e fatores de segurança. A metodologia probabilística pode trazer ganhos em termos de custos, com maiores chances de aprovação de projetos arrojados, bem como no que diz respeito à segurança, por demandar um melhor controle de qualidade na fabricação e caracterização dos tubos de revestimento utilizados na construção de poços.

Este trabalho propõe uma metodologia de estimativa de resistência residual de tubos danificados por desgaste e/ou corrosão em poços de petróleo, compreendendo a inspeção geométrica dos elementos e sua modelagem numérica, numa abordagem probabilística. O objetivo é fornecer uma avaliação robusta da integridade estrutural de tubulares em ambiente de alta complexidade e risco, como é o caso da região do pré-sal brasileiro. Colunas de revestimento e de produção/injeção são importantes elementos de barreira de segurança, desempenhando funções estruturais cruciais e isolando poço e formação para evitar fluxo de fluido inesperado. O desgaste e a corrosão nesses tubulares ocorrem durante diferentes operações ao longo de seu ciclo de vida, sendo considerados de forma conservadora na fase de projeto, de modo a evitar situações de perda de integridade. No entanto, há muita incerteza nessas previsões. Equipamentos modernos de inspeção disponíveis no mercado, como ferramentas de perfilagem ultrassônica e eletromagnética, têm permitido avaliar o estado real dos tubos em serviço. O raio do tubo, a espessura e a perda de massa são os parâmetros medidos ao longo das colunas do poço. A interpretação adequada desses dados permite identificar os danos nos tubos e ainda quantificar as correspondentes severidades. Propõe-se uma metodologia para caracterização da geometria da seção transversal de tubos com base em dados de inspeção, na presença de incertezas de medição. Para estimar a resistência residual ao colapso dos tubos utilizam-se modelos bidimensionais não lineares do Método dos Elementos Finitos. Apresenta-se ainda uma análise probabilística da geometria residual de tubos danificados, adotando-se como variáveis aleatórias parâmetros da configuração do dano, como sua profundidade máxima e a posição. Os resultados alcançados permitem concluir que a configuração geométrica inicial do tubo danificado pode levar a resistências residuais com variações significativas, para diferentes parâmetros de dano, como profundidade, raio, posição e distribuição. Vale ressaltar que os modelos analíticos encontrados na literatura consideram esses fatores de forma parcial, mas não em sua totalidade. Desenvolve-se um estudo de caso com dados reais para demonstrar a aplicação da metodologia proposta, comparando os resultados com valores de referência.

A perfuração de poços direcionais desempenha um papel importante na exploração de petróleo. Em comparação com perfurações verticais, a perfuração direcional é muito mais complexa. A curvatura do eixo do poço, passando através da massa rochosa estratificada, faz com que as condições ao redor de sua seção transversal sejam fortemente anisotrópicas. Não raramente, o mesmo material rochoso de cada camada exibe propriedades anisotrópicas. Portanto, a determinação adequada dos estados de tensão, deformação e deslocamento ao redor do furo é crítica no projeto de poços direcionais. Ferramentas de análise numérica, que consideram a estrutura do maciço rochoso e as propriedades mecânicas das rochas ao longo da trajetória
do poço são usadas para este propósito. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da taxa de variação da inclinação de trajetórias direcionais (Dogleg Severity - DLS) nos campos de deslocamento (Magnitude), tensões e deformações de estratos rochosos perfurados por poços direcionais. Os cálculos são conduzidos com os modelos baseados no Método dos Elementos Finitos (MEF) considerando modelos constitutivos linear elástico e viscoelástico para os modelos dos estratos rochosos. Com base nos resultados, é discuta a influência do comportamento da taxa de inclinação (DLS ) na estabilidade do poço direcional.

Deslizamentos, avalanches e escorregamentos submarinos são alguns fenômenos naturais
que podem representar risco a estruturas de engenharia. Na indústria de óleo e gás, por
exemplo, esse risco traz consequências à avaliação do posicionamento de linhas de dutos,
que, se rompidas, levariam a graves prejuízos econômicos e socioambientais. Assim, fazse
necessário o estudo do impacto desses fenômenos nessas estruturas, bem como dos
parâmetros de resistência associados a esses eventos, entre os quais se destaca a pressão
de impacto. Entretanto, essa medida é de difícil obtenção na prática, visto que estudos
experimentais com centrífuga são de difícil execução e a medição em campo é, muitas vezes,
inviável. Além disso, a utilização de soluções analíticas se torna excessivamente restritiva
pela presença de não linearidades físicas e geométricas. Assim, as simulações numéricas, por
partirem de princípios físicos básicos e não terem as mesmas limitações de aparato e espaço
físico que os experimentos, apresentam-se como uma alternativa viável, principalmente com
o crescimento cada vez maior da capacidade de processamento dos computadores atuais.
Entre os métodos numéricos, o método dos pontos materiais (MPM) se destaca, uma vez
que apresenta a capacidade de simular problemas com grandes deformações e grandes
deslocamentos, características que podem estar presentes em problemas de impacto. Para
utilização do MPM neste estudo, é feita uma investigação do procedimento numérico de
cálculo da pressão de impacto, uma vez que, apesar de ser utilizado por muitos autores,
não se encontra explicitado na literatura do método. Nesta investigação, são analisadas as
limitações das soluções abordadas, bem como são feitas propostas alternativas para o cálculo
desse parâmetro. As análises são feitas no contexto da simulação de problemas clássicos,
como o estudo de penetração de cone (T-bar) e impacto de escorregamentos submarinos na
infraestrutura submarina mediante modelos sintéticos.

Cada vez mais, procura-se inspiração na natureza para resolver problemas complexos na sociedade moderna. Seja observando as caraterísticas morfológicas de animais e plantas ou até o comportamento dos seres vivos no ambiente em que vivem. O naturalista Charles Darwin estudou afundo esse comportamento e propôs uma teoria que explica como a vida se tornou o que é hoje, a teoria da Seleção Natural. Essa teoria ajudou a resolver problemas não só nas ciências biológicas, mas também, em ciências sociais e nas engenharias. A teoria da seleção natural do tipo direcional inspira o método de otimização topológica proposto neste trabalho. O método da Seleção Direcional Progressiva busca otimizar uma estrutura selecionando as partes que mais contribuem para suportar as cargas mecânicas, eliminando-se as partes que menos contribuem em etapas distintas de remoção. Nesta investigação, são feitas aplicações numéricas do PDS (sigla da nomenclatura em inglês, Progressive Directional Selection) em estruturas de treliça bidimensionais, tendo como domínio de análise inicial uma estrutura do tipo ground structure. O domínio de projeto inicial é formado por um grid de pontos interligados por elementos de treliça bidimensionais. A análise matricial de treliças planas e o método da rigidez direta são empregados para analisar a treliça plana no regime elástico linear. As topologias otimizadas selecionadas são estruturalmente estáveis e eficientes e muito semelhantes às obtidas por outros métodos de otimização topológica encontrados na literatura. Os resultados obtidos demonstram que esse método pode ser empregado no projeto otimizado de treliças bidimensionais, através da otimização topológica de estruturas bidimensionais do tipo ground structure.

O concreto em sua macroescala pode ser considerado como um material heterogêneo, inclusive sendo ensaiado como tal, contudo ao se reduzir sua escala o mesmo possuí fases inerentes a cada nível. Modelar o concreto sempre foi um grande desafio, devido a toda complexidade desse material cimentício, apesar disso propostas surgem constantemente, como por exemplo a homogeneização por micromecânica. A micromecânica dos campos médios tem em sua fundamentação básica a homogeneização de compósitos bifásicos, composto por inclusões imersas em uma matriz infinita. De fato em uma escala macroscópica pode-se entender o
concreto como sendo composto simplificadamente por inclusões (agregados) imersas em uma matriz (pasta), sendo por muitas vezes modelado nessa configuração macro. No entanto, é sabido que existem mais fases que precisam ser avaliadas para se conseguir um resultado mais próximo dos ensaios de laboratório, como exemplo pode ser citado a zona de transição interfacial. Além da modelagem pode-se afirmar que a indústria da construção civil busca maximizar as propriedades do concreto, sendo uma ideia inicial buscar o empacotamento dos sistemas particulados (inclusões) minimizando a fase dispersa (matriz). Diante desse campo
aberto, o presente trabalho propõe-se estudar o acoplamento de modelos de otimização de sistemas particulados a modelos de homogeneização de compósito, visando a maximização das propriedades mecânicas do concreto utilizando uma modelagem multiescala. Como subsídio a essa problemática constrói-se um framework orientado a objetos para realização da modelagem supracitada. Os resultados obtidos com o acoplamento entre as técnicas confirmam a maximização das propriedades mecânicas quando se otimiza os sistemas particulados.

Os reservatórios cilíndricos apoiados de concreto são amplamente utilizados para diversos fins, tais como armazenamento de líquidos (como água e esgoto, por exemplo) e grãos, ou até mesmo utilizadas em obras que tenham um apelo arquitetônico em que se faz necessária a utilização deste tipo de estrutura. Tais elementos são, geralmente, compostos de paredes delgadas, e devido à sua versatilidade e desempenho são largamente aplicados ao redor do mundo. Apesar de todas as técnicas computacionais disponibilizadas ao estudo de reservatórios, a incidência de problemas estruturais nesses elementos vem chamando a atenção dado o grande número de obras de recuperação e reforço desenvolvidas nessas estruturas segundo os problemas vistos no cotidiano, ou até mesmo em relatos levantados por profissionais de renome. Em alguns casos, os procedimentos para restauração são bastante onerosos financeiramente e, infelizmente, costumam ser desenvolvidos ainda nos primeiros anos de vida útil da estrutura. Um importante fator que contribui para um baixo desempenho dessas estruturas é a não consideração das ações indiretas, que pode ocasionar esforços internos que chegam, em diversas situações, a inviabilizar o seu desempenho estrutural caso não sejam analisados ainda na fase de projeto. Para este problema, em reservatórios de concreto armado, diversos fatores devem ser levados em consideração, como a atuação da retração do concreto e dos gradientes de temperatura, nas situações de armazenamento de líquidos quentes. Para estes casos, o presente trabalho busca o estudo do comportamento mecânico, por meio de teorias clássicas analíticas de estruturas axissimétricas de paredes delgadas confeccionadas em concreto armado e submetidas às ações indiretas causadas pela retração e pelo gradiente de temperatura. Os resultados mostram que as ações indiretas desempenham tensões de grandes magnitudes nos elementos de cascas para os casos em que se faz uma análise elástica. Variáveis como a umidade podem aumentar bastante as deformações por retração, implicando em tensões de tração que ultrapassam a resistência do concreto, favorecendo o aparecimento de fissuras. Os exemplos estudados também mostram que as tensões causadas pelo gradiente de temperatura são sensivelmente maiores que as demais ações, podendo levar a estrutura a ter seu uso inviabilizado quando não considerada no projeto do reservatório.

A busca do homem pela mudança atrelou o avanço a novas formas de construir e maneiras de conceber as estruturas, seus materiais e métodos. Diante de tantas mudanças, o concreto não se apresenta mais como uma simples mistura definida pela composição de agregados, cimento e água, ficando hoje susceptível à incorporação de novos e à substituição desses materiais básicos por fibras, resíduos e aditivos de diversos tipos. A incorporação de fibras de aço, que resultou na utilização do Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) vem demonstrando no cenário mundial grandes benefícios ao material convencional, agindo principalmente no estágio pós-fissuração e mobilizando uma parcela de resistência à tração acionada pela necessidade de garantia de durabilidade. Neste contexto, a otimização da utilização de fibras curtas de aço em um elemento sob flexão, por meio de uma gradação de fibras por camadas, resultando em um elemento gradado funcionalmente (FGM), demonstra reelevância. As fibras concentradas em maiores porcentagens se localizam na faixa mais solicitada à tração e na superfície oposta comprimida se utiliza uma quantidade nula destes reforços. Nesse trabalho, os elementos apresentam seção trasnversal graduados em 3 camadas, para os quais destaca-se a fase de determinação das porcentagens de cada camada de fibra, utilizando-se os resultados pré-existentes de vigas de CRFA no ensaio de flexão por três pontos (EN – 14651 /2017) aferidos em trabalhos anteriores e comparando a altura e área de fissuras encontradas em ensaios que correlacionam imagens digitais e com medidas de transtudores de deslocamento. Foi possível avaliar a influência do lançamento do concreto por meio de técnicas de indução e análise superficial. Os resultados trazem um panorama eficaz de orientação preferencial das fibras encontradas nessa configuração, 68° em relação ao eixo orientado da direção de aplicação do carregamento e 49° em relação ao plano perpendicular a aplicação do carregamento, confirmação da proporção desejada inicialmente e ganhos expressivos de contenção de fissuras pós-pico, cerca de 34,15%, quando comparada a vigas em moldagem tradicional, consequentemente, influenciando de forma mais eficaz na resistência pós-fissuração, flexão e economia de fibras de aço nas regiões menos tracionadas de vigas e placas moldadas em CRFA, a exemplo de vigas e lajes sob flexão.

The finite-volume theory is an equilibrium-based approach and has been successfully employed in solid mechanics analysis due to the equilibrium equations' local satisfaction and the imposition of continuity conditions in a surface-averaged sense through the subvolume interfaces. Previous investigations include stress and displacement fields convergence and computational cost, showing the approach's efficiency, especially in heterogeneous materials and structures. However, those investigations did not include an energy analysis, which is especially important in compliance minimization problems. As the finite element method, energy-based approaches impose energy balance, which guarantees a monotonic energy convergence. The first idea of this contribution is to address a numerical investigation about the main mechanical energy aspects involving the generalized finite-volume theory for continuum elastic structures in quasi-static analyzes. The obtained results are verified with analytical and finite element-based analyzes, showing a monotonic energy convergence for the three versions of the finite-volume theory and the energy balance's satisfaction for the higher-order versions when a sufficiently refined mesh is employed. Topology optimization is a well-suited method to establish the best material distribution inside an analysis domain. It is common to observe some numerical instabilities in its gradient-based version, such as the checkerboard pattern, mesh dependence, and local minima. This research demonstrates the generalized finite-volume theory's checkerboard-free property by performing topology optimization algorithms without filtering techniques. The formation of checkerboard regions is associated with the finite element method's displacement field assumptions, where the equilibrium and continuity conditions are satisfied through the element nodes. On the other hand, the generalized finite-volume theory satisfies the continuity conditions between common faces of adjacent subvolumes, which is more likely from the continuum mechanics point of view. The topology optimization algorithms based on the generalized finite-volume theory are performed using a mesh independent filter that regularizes the subvolume sensitivities, providing optimum topologies that avoid the mesh dependence and length scale issues. The solid isotropic material with penalization (SIMP) approach is employed to avoid discrete optimization problems. The proposed optimization problem has shown to be efficient, avoiding numerical instabilities, such as checkerboard pattern, mesh dependence, and length scale issues.

Apresenta-se neste trabalho o emprego de formulações do método dos elementos de contorno (MEC) em problemas de fratura e também na análise mecano-probabilística de sólidos fraturados. O MEC é um método adequado para resolução desses tipos de problemas, uma vez que a ausência de malha de domínio resulta em uma modelagem mais eficiente de regiões com alta concentração de tensões. Além disso, a redução de dimensionalidade da malha diminui fortemente os dados de entrada e também o trabalho de remeshing no processo de propagação de fissuras. Com relação a formulação não linear do MEC, será utilizada uma alternativa a formulação clássica dual, com a introdução de um campo de tensões iniciais para representação da zona coesiva e formulado a partir do conceito de dipolos. Esta formulação é particularmente interessante por conseguir representar matematicamente a presença da Zona de Processos Inelásticos (ZPI) em apenas três equações algébricas (equações relacionadas à correção de tensões) por ponto fonte situado no caminho da fissura. Em contraste, a formulação dual requer quatro equações algébricas (deslocamentos e forças) por ponto fonte. Quanto aos efeitos pertinentes ao sistema não linear, serão utilizados dois algoritmos distintos de resolução iterativa, Operador Constante (OC) e Operador Tangente (OT). No acoplamento com modelos da confiabilidade, apenas o OT será utilizado por apresentar respostas satisfatórias em um número menor de iterações. Com relação à análise probabilística, duas abordagens são consideradas, a primeira refere-se ao acoplamento direto entre o modelo numérico e um método de transformação (HLRF/FORM), já a segunda consiste no acoplamento mais simples com o emprego do Método de Monte Carlo. Os parâmetros de fraturamento são tratados como aleatórios e o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM) é empregado para avaliação de fatores de importância bem como probabilidade de falha. Por fim, a técnica de Amostragem inteligente por Hipercubo Latino é também empregada, por apresentar melhores taxas de convergência. Exemplos são apresentados para validar o uso da formulação de dipolos na análise de propagação de fissuras, à luz da confiabilidade estrutural.

Os concretos reforçados com fibras (CRF) apresentam uma menor propagação de fissuras e, consequentemente, promovem para o compósito um acréscimo de tenacidade e resistência residual. Apesar disso, o aumento dessa capacidade só acontece se o concreto for dosado e aplicado de maneira adequada e, para isso, existem códigos de referência que estabelecem aspectos de controle tecnológico e de dimensionamento para o uso do CRF. No entanto, nesses documentos, ao que refere-se a um dos aspectos de dimensionamento, a parcela de força resultante resistente das fibras é descrita para algumas aplicações específicas, onde faz-se a consideração de que a carga máxima corresponde a carga de fissuração, o que pode não se aplicar para concretos que possuam uma orientação preferencial das fibras. Diante disso, sabendo da significativa mudança que a orientação das fibras pode proporcionar, e a fim de determinar a força resultante resistente das fibras na parte tracionada de um concreto fibroso fluido, apresenta-se um estudo relacionado a proposição de um modelo de cálculo de CRF fundamentado nessa definição. O estabelecimento desse modelo foi obtido com base na teoria de flexão em vigas, a partir do ensaio de flexão a três pontos normatizado pela EN 14651 (2007), onde foram utilizadas uma amostra de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) e outra amostragem produzida com fibras poliméricas (CRFP). De acordo com o estudo realizado, verificou-se que o valor de carga máxima não correspondeu ao valor de carga de fissuração para nenhuma viga em análise e, de modo geral, percebeu-se que as cargas são estatisticamente diferentes entre si. Com base nessa diferença, definiu-se analiticamente o posicionamento da linha neutra da estrutura e determinou-se, a partir de equações de equilíbrio, um modelo de cálculo referente à força resultante resistente das fibras na parte tracionada do concreto. A partir disso, os valores obtidos por meio do modelo proposto foram comparados com os resultados determinados em conformidade com o FIB Model Code 2010 (2013) e de acordo com o ACI 544.8R (2016), onde verificou-se que os resultados apresentaram variações. A fim de investigar essas dispersões, fez-se uma análise dos parâmetros de sensibilidade das equações e conclui-se que o modelo de cálculo proposto não apresenta nenhum parâmetro de influência no contexto analisado, o que evidenciou que a equação analítica desenvolvida neste trabalho pode ser preliminarmente validada para o dimensionamento de elementos estruturais de CRF.

O objetivo deste trabalho é automatizar o processo de análise, dimensionamento e detalhamento do sistema estrutural de uma parede de concreto moldada in loco. A automatização é realizada com base em um ambiente computacional, elaborado a partir do desenvolvimento e customização de módulos computacionais. O sistema estrutural de parede de concreto pode ser projetado através de diferentes metodologias, entretanto, a solução utilizando métodos numéricos proporciona uma série de pontos positivos que colaboram para uma melhor compreensão dos fenômenos com um bom balanceamento entre tempo, custo e qualidade. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um estudo voltado as principais premissas do projeto estrutural de parede de concreto moldada in loco, com o intuito de promover a criação de um ambiente computacional integrado. O ambiente é elaborado a partir da customização da interface do software comercial ABAQUS/CAE®, integrando módulos computacionais já existentes que realizam a modelagem e a análise estrutural via Método dos Elementos Finitos com outros módulos que incorporam algoritmos utilizados nas fases de dimensionamento e detalhamento das paredes, com base nas premissas da NBR 16055 (2012). Utilizou-se como estudo de caso um projeto de uma edificação de parede de concreto do programa “Minha Casa Minha Vida”. A ideia é que o estudo realizado neste trabalho se torne útil ao meio técnico-científico por desenvolver um ambiente computacional que permite a realização automatizada de um projeto estrutural de uma parede de concreto moldada in loco.

A perfuração de poços de petróleo consiste em uma atividade de alto risco, complexidade e de elevado custo. Com a busca por reservas de hidrocarbonetos em profundidades cada vez maiores, e os avanços tecnológicos decorrentes, poços com maiores extensões e lâminas d’água tornaram-se mais comuns, demandando o uso de técnicas que permitam uma melhor análise da condição do poço durante sua construção. Na etapa de perfuração destes poços a coluna de perfuração pode entrar em contato com as colunas de revestimento, exercendo forças laterais que, em conjunto com a rotação da coluna, provocam a remoção de material da parede interna dos tubulares. Para quantificação destas forças, faz-se a modelagem do torque e arraste no poço, a qual permite encontrar as tensões efetivas, os limites de flambagem senoidal e helicoidal, o torque na coluna, as forças de contato com o poço, o peso no gancho na superfície e o pesosobre a broca. Com estas informações, é possível realizar diversas verificações de integridade, a respeito de ciclos de fadiga, desgaste do revestimento, limite de torque nas conexões, entre outras. Dentre as alternativas para avaliação do torque e arraste, destacam-se os modelos soft-string e stiff-string, além do emprego de modelos numéricos, usualmente baseados em elementos finitos. O modelo stiff-string difere do modelo soft-string por incorporar propriedades geométricas dos elementos tubulares e considerar os efeitos relativos à rigidez da coluna, sendo este o modelo que se encontra embarcado em diversos softwares de previsão de desgaste utilizados na indústria. Neste trabalho implementam-se diferentes modelos de cálculo de força de contato e desgaste utilizados pela indústria, os quais são aplicados a estudos de caso, para fins de validação e análise comparativa.

Sistemas de revestimento de poços de óleo e gás consistem em elementos tubulares instalados ao longo da profundidade, proporcionando estabilidade e estanqueidade, devendo atender às rigorosas premissas de integridade estrutural, principalmente em se tratando de cenários offshore. Diante disto, alguns eventos podem expor o revestimento a elevados diferenciais de pressão, conduzindo o tubular à falha sob pressão externa, denominada colapso. Imperfeições associadas aos processos de fabricação de tubulares de revestimento, tais como excentricidade, ovalização da seção transversal e a tensão residual do aço, podem ter significativa influência no mecanismo de falha por colapso. Além destes, verifica-se a presença do desgaste em poços executados, causado predominantemente pelo contato da coluna de perfuração com a parede interna do revestimento. Em muitos casos, estas imperfeições podem levar à redução considerável da resistência ao colapso, especialmente em tubos de parede delgada, cujo mecanismo de falha está associado à instabilidade geométrica provocada pela elevada esbeltez transversal. Já os tubos de seção robusta tendem a falhar sob níveis de tensão próximos ao limite de escoamento ou limite de resistência à tração do material. Este trabalho apresenta uma análise numérica da perda de resistência ao colapso de tubulares imperfeitos e desgastados internamente, admitindo-se o estado plano de deformação, em regime física e geometricamente não linear. O método dos elementos finitos é empregado na análise e verificação da pressão de colapso dos tubos, como uso do software ABAQUS®. O comportamento mecânico do aço é descrito pelo modelo constitutivo elastoplástico com endurecimento não linear fornecido pelo código ASME BPVC(2015). A validação dos modelos de elementos finitos é realizada com base nas respostas obtidas pelas formulações e resultados experimentais propostos por Clinedinst et al. (1939), Klever e Tamano (2006) e Moreira Junior (2012), para tubos perfeitos ou com imperfeições de manufatura e desgaste. A consideração do desgaste interno é feita pela remoção de material da seção em zonas com forma de canaleta (groove wear) ou ainda por dados obtidos de perfilagem, baseados em medições reais da parede interna de revestimentos. Apresentam-se estudos paramétricos para avaliação da influência dos parâmetros de esbeltez, desgaste e imperfeições na pressão resistente de colapso dos tubulares.