El área de concentración de Estructuras y Materiales del PEC se centra en el estudio y la investigación fundamentales y aplicados del comportamiento de las estructuras y las propiedades de los materiales de construcción, abarcando una gama de materiales que va desde los convencionales, como el hormigón y el acero, hasta nuevos materiales diseñados para desempeñar una función estructural específica. Estos estudios e investigaciones tienen como objetivo realizar obras civiles seguras y medioambientalmente sostenibles con un alto rendimiento y rentabilidad para la sociedad.

Desde que se fundó el Programa de Ingeniería Civil en 1968, las actividades de investigación en estructuras han evolucionado hacia la solución de problemas especiales encontrados en la práctica de la ingeniería estructural. Algunos ejemplos son la investigación sobre el análisis, diseño y ejecución de estructuras de grandes luces (puentes y estructuras de cables), presas y otras estructuras de centrales hidroeléctricas, estructuras en alta mar, tuberías y tubos ascendentes, pozos y unidades de refinerías de petróleo, grandes máquinas y equipos, edificios industriales y de varias plantas, así como la investigación sobre técnicas de reparación, refuerzo y rehabilitación estructural.

Esta área de investigación abarca la monitorización de estructuras en laboratorio y sobre el terreno para identificar las principales características del comportamiento estructural, lo que implica el estudio de métodos de análisis experimental estático y dinámico de estructuras, técnicas de procesamiento digital de señales e imágenes, técnicas de análisis modal de vibraciones, metodologías de ajuste de modelos numéricos (actualización de modelos), verificación de la integridad estructural (monitorización de la salud estructural), hasta la identificación de posibles daños. Esta área incluye también la Modelización Física de Estructuras, que permite modelizar a pequeña escala estructuras civiles y offshore, de acuerdo con la Teoría de la Similitud, con vistas a comprender mejor el comportamiento de nuevos diseños o incluso de estructuras que no pueden monitorizarse a escala real.

El análisis y diseño de estructuras civiles sometidas a cargas dinámicas también forma parte integrante de esta área, lo que implica el desarrollo de estrategias para controlar las vibraciones dentro de unos límites aceptables de seguridad estructural y utilización, especialmente en lo que respecta al confort humano.

Los materiales típicos estudiados son los utilizados en la construcción, como hormigón, materiales metálicos, compuestos poliméricos, compuestos cementosos de fibras metálicas, poliméricas y vegetales, nuevos tipos de hormigón de altas y muy altas prestaciones mecánicas y medioambientales, hormigón refractario para refinerías de petróleo, microhormigón para cementar pozos petrolíferos, hormigón compactado con rodillo, nanopolvos para materiales cementosos, así como nuevos materiales de construcción y reparación. Las metodologías de laboratorio, analíticas y computacionales empleadas integran los materiales en las estructuras, realizando análisis desde las escalas nanométricas y micrométricas de los materiales hasta las escalas mesoscópicas de las probetas de ensayo y macroscópicas de las estructuras reales.

Basándose en la aplicación de métodos numéricos y recursos informáticos de alto rendimiento, se han realizado diversos estudios para desarrollar soluciones en el análisis de estructuras y materiales, como los métodos de simulación y optimización, las técnicas de minería de datos, la teoría de los acoplamientos termoquímico-mecánicos, la dinámica de estructuras, la identificación estructural, la evaluación de la integridad estructural, la teoría de la estabilidad estructural y las estructuras sometidas a carga de fuego, entre otros.

Considerar el rendimiento de materiales y estructuras con vistas a la sostenibilidad medioambiental es una preocupación en el ámbito de la concentración de estructuras y materiales, que se traduce en el estudio de obras civiles que requieran un menor uso de materias primas no renovables, con vistas a una mayor durabilidad y una reducción de la emisión de gases que contribuyen al calentamiento global.

Por último, cabe destacar que las actividades de investigación en estructuras y materiales estructurales en el PEC están fuertemente basadas en los recursos experimentales y computacionales disponibles en el laboratorio de estructuras del PEC, situado en el bloque I2000 del Centro Tecnológico de la UFRJ. En este entorno interactúan estudiantes de grado y postgrado, profesores y técnicos que apoyan las actividades de investigación.