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.

Este trabalho trata do projeto e construção de uma plataforma para a realização de ensaios dinâmicos especialmente com pessoas pulando, caminhando, etc. Procurou-se inicialmente localizar projetos já executados de plataformas de ensaios dinâmicos e estudar os carregamentos produzidos pelo movimento de pessoas em lajes e a resposta das estruturas a esses carregamentos. Foram estudados também os limites estabelecidos por diferentes normas para essas respostas dinâmicas, tendo em vista tanto o estado limite último como a estrutura em serviço, já que o corpo humano é bastante sensível às vibrações estruturais. Realizaram-se estudos paramétricos considerando várias configurações de lajes (diferentes vãos, espessuras e condições de apoio), buscando uma configuração que possuísse frequência natural próxima das frequências dos carregamentos humanos. A laje deveria ter dimensões apropriadas ao espaço físico disponível, frequência fundamental inferior a 5 Hz e flecha máxima instantânea compatível com as indicações da norma brasileira NBR6118:2007. Com base em esses critérios foi escolhida uma laje retangular maciça de concreto armado engastada em duas bordas opostas em vigas metálicas com conectores de cisalhamento tipo U. As outras duas bordas são livres. As vigas metálicas de apoio da laje, por sua vez, apóiam-se sobre 8 perfis metálicos (dois em cada canto da laje) que se apóiam dois a dois sobre colunas curtas de aço de perfil H. Perfis U de aço são soldados às quatro colunas, formando um quadro horizontal. Foram realizadas análises numéricas da plataforma de ensaios dinâmicos em vibração livre e forçada para obter as frequências naturais e os modos de vibração correspondentes, considerando o peso próprio da estrutura e o carregamento que simula o peso das pessoas. Obtida uma configuração de estrutura que cumprisse com os requisitos estipulados, foi feito o dimensionamento da laje levando-se em conta as recomendações da norma brasileira NBR6118:2007. A plataforma foi construída e já foi feito um estudo preliminar experimental para obtenção das primeiras frequências naturais.

This paper is about the design and construction of a platform for dynamic tests especially with people jumping, walking, etc. Initially it was tried to find out projects already implemented in platforms and dynamic tests and to study the loads produced by movement of people on slabs and the structural response to these loads. The limits established by different standards have been also studied for these dynamic responses, taking into account the ultimate limit state, as well as the structure in service, since the human body is very sensitive to structural vibrations. Parametric studies were performed considering various configurations of slabs (different spans, thicknesses and conditions of support) have been done, looking for a configuration that could have natural frequency close to the frequencies of the human loads. The slab should have dimensions compatible with the available physical space, fundamental frequency below 5 Hz and maximum immediate deflection compatible with the indications of the Brazilian standard NBR6118: 2007. Based on these criteria was chosen a rectangular structure consists of a solid reinforced concrete rectangular slab studded in two opposite edges of steel beams with shear connectors type U. The other two edges are free. The steel beams supporting the slab, in turn, are supported on eight metal profiles (two in each corner of the slab) that are supported on two to two short columns of steel profile H. Profiles U in steel are welded to four columns, forming a horizontal frame. Numerical analysis of the dynamic test platform have been performed for free and forced vibration, for obtaining the natural frequencies and corresponding vibration modes, considering the self-weight of the structure and the load that simulates people's weight. After obtaining a structural configuration that fulfilled the stipulated requirements, the design of the slab taking into account the recommendations of the Brazilian standard NBR6118: 2007. The platform was built and has been done a preliminary experimental study to obtain the first natural frequencies.