Resumo Invasão de perímetros com explosivos, demolições de estruturas robustas e incidentes envolvendo explosões não-programadas podem ser extremamente perigosos. A gravidade destes eventos demanda estudos que possam levar a um conhecimento mais profundo do fenômeno explosão e de sua interação com elementos estruturais. Este trabalho apresenta uma análise numérica da otimização geométrica de um explosivo cilíndrico a base de TNT na perfuração de uma placa de concreto, utilizando o software Autodyn ® Ansys. Os resultados foram avaliados em termos do padrão de dano produzido na placa, sendo estudadas a profundidade e as dimensões da região da cratera e de lascamento. Quanto à proposta de otimização, observou-se um ganho importante no potencial destrutivo do explosivo pelo simples rearranjo de suas dimensões, também se constatou a aplicabilidade do software em se replicar numericamente um experimento envolvendo explosões por contato.

Abstract Explosive breaching of walls, demolition of buildings with high structural robustness and non-programmed explosions may be extremely dangerous, the high risk of these events demands continuous researches to support the development of optimized constructive techniques and design. In this context, this work presents a numerical study of the explosive breaching of concrete wall using an optimized contact explosive charge with cilindrical shape, the CFD software Autodyn ® Ansys was used. The results were evaluated in terms of damage pattern of the concrete slab, where was considered the cratering dimensions, the breakthrough hole and concrete spalling. A significant gain of the destructive potential of the explosive was observed by the simple rearrangement of its dimensions when compared to the base model, also the robustness of software to model and simulate a complex experiment that involves the detonation of a contact explosive charge was verified.

Resumo Para vãos medianos, entre 30 e 40 m, passarelas de pedestres mistas tem se tornado bastante populares no Brasil. Esse tipo de estrutura consiste em treliças e vigas longitudinais de aço que suportam uma plataforma de concreto, usualmente composta por elementos pré-moldados. Exemplos típicos dessas estruturas podem ser encontrados em muitas cidades no Brasil, particularmente em Brasília onde um grande número de rodovias requer um conjunto significativo de passarelas de pedestres. Devido a existência de uma relevante quantidade de estruturas do tipo, passarelas compostas, no Brasil, estudos a respeito de seu comportamento mecânico são necessários a fim de garantir a segurança dos pedestres. Com este propósito, neste artigo, uma passarela de pedestres mista localizada na cidade de Brasília é analisada por meio de testes experimentais e modelagem computacional. O foco é a determinação das frequências naturais e modos de vibração. Estratégias para a correta obtenção dos modos verticais também são discutidas uma vez que a vibração vertical é o principal problema esperado para a estrutura analisada. Os resultados obtidos mostraram que um equilíbrio entre rigidez e massa leva a frequências naturais fora do intervalo de frequências críticas excitadas pelos pedestres em uso normal, embora a ideia não tenha sido medir como esses parâmetros, massa e rigidez, poderiam influenciar o modelo. Além disso, modelos em elementos finitos foram avaliados comparando complexidade versus precisão para a determinação dos parâmetros modais.

Abstract For the range of medium spans, around 30 to 40m, composite footbridges are getting popular in Brazil. This kind of structure consists on longitudinal steel truss beams providing support for a concrete deck usually made of precast elements. Typical examples of these structures may be found in many cities in Brazil, especially in Brasilia where a large number of highways demanded a significant set of footbridges. Due to the amount of this kind of composite footbridges in Brazil, studies concerning their mechanical behavior are required in order to ensure pedestrian’s safety. For this end, in this paper, a typical Brazilian composite footbridge located in Brasilia is analyzed by means of experimental tests and computational modeling. The focus is the determination of natural frequencies and mode shapes. Strategies to correctly obtain the vertical modes are also discussed since vertical vibration is the main vibration problem expected for the tested footbridge. The obtained results showed that structural balance between stiffness and mass leads to natural frequencies out of the critical frequency range excited by pedestrians in normal use, although the idea was not to measure how these parameters, mass or stiffness, could influence the model. Moreover, Finite Element models were evaluated comparing complexity versus accuracy to predict modal parameters.

RESUMO Ameaças de ataques com bomba por parte de organizações criminosas e acidentes envolvendo explosivos químicos representam um perigo real às estruturas e a seus usuários. A gravidade destes problemas e a necessidade de informações que auxiliem a elaboração de projetos mais seguros demandam pesquisas relacionadas às explosões. Este trabalho faz uma avaliação das sobrepressões de ondas de choque oriundas da detonação de explosivos à base de TNT, utilizando a fluidodinâmica computacional. Pela simulação de diferentes modelos foi possível verificar fenômenos como reflexões de ondas de choque e efeitos de canalização e realizar a comparação dos resultados de sobrepressão de onda com predições analíticas. Os resultados indicam que as técnicas de predição são pouco acuradas na análise de estruturas muito próximas do ponto de detonação e que ambientes mal projetados podem favorecer o fenômeno das múltiplas reflexões de onda, aumentando o potencial destrutivo da explosão.

ABSTRACT The threats of bomb attacks by criminal organizations and accidental events involving chemical explosives are a danger to the people and buildings. Due the severity of these issues and the need of data required for a safety design, more research is required about explosions and shock waves. This paper presents an assessment of blast wave overpressures using a computational fluid dynamics software. Analyses of phenomena as reflection of shock waves and channeling effects were done and a comparison between numerical results and analytical predictions has been executed, based on the simulation on several models. The results suggest that the common analytical predictions aren’t accurate enough for an overpressure analysis in small stand-off distances and that poorly designed buildings may increase the shock wave overpressures due multiple blast wave reflections, increasing the destructive potential of the explosions.