[pt] Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta numérica para avaliação do fluxo saturado-não saturado em encostas de grandes dimensões, com aplicação na análise de estabilidade dessas áreas. Emprega-se o método dos elementos finitos na solução da equação de Richards, considerando a carga de pressão como variável primária e utilizando formulação adequada para minimização dos problemas de conservação de massa, freqüentemente, associados a esse fato. O modelo constitutivo utilizado para a curva característica e função de condutividade hidráulica é o proposto por Van Genuchten (1980). Para solução da não-linearidade, emprega-se um método quasi- Newton (BFGS). Com o objetivo de minimizar os requisitos de memória computacional, utiliza-se esquema de armazenamento de matriz esparsa, associado ao método de gradiente biconjugado, na solução do sistema de equações. Paralelamente, é apresentado algoritmo de geração de malha tridimensional de elementos finitos, a partir de uma malha superficial de triângulos, representativa da topografia. Análises numéricas são executadas com a finalidade de validação do código gerado, comparando-se os resultados obtidos com aqueles gerados por outros programas já consagrados na literatura técnica. É proposta metodologia para geração de mapas de susceptibilidade a escorregamentos translacionais rasos, empregando-se o método do talude infinito, associado à estrutura da malha de elementos finitos e aos resultados do problema de fluxo, incorporando- se, assim, o efeito do estado de não saturação na resistência do material. / [en] The aim of this work is to develop a numerical tool for the analysis of saturated-unsaturated flow in large scale natural slopes, applied to the study of the stability of these areas. The finite element method is applied to solve the Richard`s equation, taking into account the pressure head as the primary variable and using an adequate formulation to minimize the mass conservation issues. The constitutive model used to the characteristic curve and hydraulic constitutive function is the one presented by van Genuchten (1980). A quasi-Newton method (BFGS) is applied for the solution of the non-linearity. A sparse matrix storage scheme, with the objective of reducing the computational memory requirements, is associated to the bi- conjugated gradient method for the solution of the system of equations. An algorithm of finite elements mesh is presented, which generates the 3D mesh from a triangle superficial mesh representing the relief. Numerical analyses are performed in order to validate the code, by comparing the results with those generated by others widely known codes presented in the technical literature. A methodology for the generation of susceptibility maps to shallow translational landslides is delineated, which employs the infinite slope method to the finite elements mesh structure and the flow problem results, considering the effect of the unsaturated state in the material strength.

[pt] Em uma barragem de terra homogênea responsável pelo abastecimento de água de um empreendimento privado, observou-se um processo inicial de carreamento de partículas finas próximo ao pé do talude de jusante, situação tida como um dos principais modos de falha de barragens. Embora esta anomalia tenha sido devidamente controlada na estrutura em estudo, este trabalho buscou encontrar as causas para a ocorrência detectada, visando aprofundar o conhecimento sobre o assunto. Para isso, investigou-se o histórico da estrutura, coletou-se amostras indeformadas próximo a região de interesse com a função de realizar ensaios de laboratório para caracterizar o solo no local, determinar os parâmetros físicos, aferir coeficientes de permeabilidade sob diferentes tensões efetivas e encontrar a sua curva característica (SWCC) através de ensaios de papelfiltro. Com os resultados dos ensaios, foram elaborados modelos computacionais sob diferentes cenários para investigar o comportamento dos gradientes hidráulicos. Foi empregado o software Plaxis LE para esta função. Avaliou-se se a adoção de parâmetros não saturados ou a consideração de análises tridimensionais promoveria alguma alteração no padrão de fluxo na estrutura em estudo, o que não ocorreu. Também foi considerado se a interação solo-atmosfera poderia gerar gradientes hidráulicos críticos através de ciclos de chuva e evaporação, mas também não houve resultados críticos. Ao variar o coeficiente de permeabilidade no corpo da barragem, observou-se que existe uma relação inversamente proporcional com o gradiente hidráulico. Desta forma, entende-se que a presença de solos orgânicos no pé do talude de jusante pode ter acarretado o processo de carreamento observado. / [en] In a homogeneous earthfill dam responsible for the water supply of a private company, an initial process of internal erosion was observed near the base of the downstream slope, which is listed as one of the main dam failures causes in the world. Although this problem has been correctly solved at the studied structure, this thesis aimed to find the causes for the detected anomaly in order to increase knowledge about this subject. To do so, the history of the structure was investigated, undisturbed samples were collected near the region of interest to carry out laboratory tests to characterize the soil, determine the physical parameters, measure permeability coefficients under different effective stresses and find its characteristic curve (SWCC) through filter paper tests. With the results of the tests, computational models were elaborated under different scenarios to investigate the behavior of hydraulic gradients. The software Plaxis LE was used in this work. It was evaluated whether the adoption of unsaturated parameters or 3D analysis would promote any change in the flow pattern in the studied structure, which did not occur. It was also considered whether the soil-atmosphere interaction could generate critical hydraulic gradients through rainfall and evaporation cycles, but there were no critical results either. Although, permeability seems to have a an inversely proportional relationship with hydraulic gradient. Thus, it is understood that the formation of organic soils at the toe of the downstream slope may have led to the observed internal erosion process.

[pt] A análise das condições de fluxo na barragem de Curuá-Una (Pará) tem como objetivo avaliar a viabilidade geotécnica quanto à elevação do nível de operação do reservatório. A Usina de Curuá-Una (operada pela REDE Celpa) é responsável pelo abastecimento elétrico de Santarém. No entanto, nos horários de grande consumo, a produção de energia tem se mostrado insuficiente. O alteamento do reservatório de Curuá-Una é uma alternativa para o aumento de geração energética. Curuá-Una destaca-se por ser fundada em terreno arenoso, solução poucas vezes utilizada no mundo. A barragem de terra é do tipo zonada, com altura máxima de 26m e comprimento de 600m. Os parâmetros geotécnicos necessários para as análises do presente trabalho foram obtidos em ensaios de laboratório, em informações referentes à construção e em dados de instrumentação durante a operação da barragem. As análises numéricas foram realizadas com o programa FLOW3D. A retroanálise do regime de fluxo, feita com base na piezometria, possibilitou a estimativa das permeabilidades dos diversos materiais. A partir destes dados foi possível simular as poropressões associadas a diferentes níveis do reservatório. Foram definidos três níveis de alerta (normal, atenção e emergência) referentes à segurança da barragem. As análises indicam que a barragem opera atualmente dentro do nível normal e que um alteamento de 1,5m do reservatório não afeta a condição de segurança. O aumento das subpressões na base da barragem foi também avaliado, com os resultados mostrando um incremento máximo de 5 por cento. / [en] The analysis of flow conditions in Curuá-Una Dam, State of Pará, has the objective of evaluating the geotechnical feasibility of raising the operation level of the reservoir. Curuá-Una Power Plant, operated by REDE Celpa, is responsible for the electric supply of Santarém city. However, in periods of peak consumption, the energy production has been insufficient. Raising of Curuá-Una reservoir is an attractive alternative for increasing energy production. Curuá-Una Dam is distinguished for being constructed on sandy alluvial soil, which is a solution rarely used in the world. The earth dam is zoned, with maximum height of 26m and crest length of 600m. The geotechnical parameters were obtained from laboratory tests, field instrumentation data and construction reports. The numerical analyses were carried out with FLOW3D program. A back-analysis of flow behavior was performed for evaluating permeability parameters, taking into account results from piezometers installed in the dam and in the foundation materials. These parameters were used to predict pore pressures associated to different reservoir levels. Three levels of alert conditions (normal, attention and emergency) referring to the safety of the dam have been defined. The analyses indicated that the dam is operating within normal levels and a 1.5m rising of the reservoir shall not affect dams safety. The uplift pressures, due to different reservoir levels, have also been evaluated, with results showing a maximum increment of 5 percent.

[pt] A globalização mudou a forma como as empresas fazem negócio. Transformou investimentos, mercados consumidores, importações e exportações de produtos e serviços de escala local para a planetária. Como ônus, as empresas passaram a lidar com o risco cambial – valorização ou desvalorização de sua moeda. Instrumentos financeiros foram criados com o objetivo de reduzir a variância causada no fluxo de caixa, embora não seja o único fator a ser considerado quando da decisão de se contratar uma proteção cambial (hedge). O estudo tem por objetivo fazer uma análise de sensibilidade da chance de ocorrência de um encontro entre as curvas de entradas e saídas de caixa de uma empresa exportadora, utilizando o modelo Copeland e Copeland (1999), em situações antes e após a contratação de um hedge. Com os resultados, é possível medir os benefícios (ou não) da contratação desses instrumentos, por meio da redução (aumento) na probabilidade de ocorrência de dificuldades financeiras nos dois momentos. / [en] Globalization has changed the way companies do business. It took investments, consumer markets, imports and exports of goods and services from a local to a global scale. With this, companies began to deal with foreign exchange risk - currency fluctuations. Financial instruments were created to reduce variance in the cash flow, although this is not the only aspect to consider when companies decide to adopt a foreign exchange hedge. The purpose of this study is to carry out a sensitivity analysis of the probability of export company s cash in flow and out flow curves meeting, using the Copeland and Copeland (1999) model, before and after contracting a hedge. With the results, it is possible to measure the benefits (or otherwise) of contracting these instruments by means of reducing or increasing the probability of financial difficulties occurring in both cases.

[pt] Este trabalho busca desenvolver o método Simplex para Redes na solução de problemas de Fluxo de Custo Mínimo. Este método consiste em uma adaptação do método Simplex primal em que são exploradas as características específicas da rede subjacente ao problema ao se buscar a solução ótima em um número finito de árvores geradoras. A árvore geradora ótima será obtida iterativamente através de sucessivas melhorias na estrutura de cada árvore formada. A maior eficiência do Simplex para Redes se dá tanto no menor número de iterações necessárias para se atingir o ótimo, quanto na maior velocidade destas iterações, trata-se, portanto, de um método bastante poderoso na resolução de problemas de Fluxo de Custo Mínimo. Serão, também, abordados aspectos práticos da implementação do algoritmo além da aplicação deste algoritmo implementado em VBA (Visual Basic for Applications) em um problema prático a título de exemplificação. / [en] The current work intends to develop a Network Simplex Method for solving Minimum Cost Flow problems. Such method consists of a primal Simplex Method adaptation in which specific characteristics of the network underlying the problem are investigated by searching for the optimal solution within a finite number of spanning trees. The optimal spanning tree is iteratively obtained through successive structure improvements in each formed tree. The higher efficiency of Network Simplex lies both in fewer iterations necessary to achieve the optimum and in the higher speed of these iterations. Therefore, it is a powerful method for solving Minimum Cost Flow Problems. Practical aspects of implementing the algorithm will be discussed, as well as the algorithm´s implementation in VBA (Visual Basic for Applications) through a practical instance.

[pt] A tecnologia flex fuel foi desenvolvida pelo centro de pesquisas da Bosch do Brasil e lançado comercialmente no país em 2003. O conceito desse automóvel originou-se da possibilidade do carro utilizar como combustível álcool, gasolina ou qualquer proporção de mistura entre os dois em um mesmo tanque de combustível. Essa flexibilidade na escolha do combustível do carro flex fuel e a existência de incerteza com relação ao preço do álcool e da gasolina, agregam valor ao automóvel, pois o consumidor pode escolher o combustível mais barato toda vez que abastece o veículo. Este trabalho busca valorar essa vantagem do carro flex fuel em relação ao automóvel movido apenas à gasolina através da avaliação por Opções Reais, utilizando o Método de Simulação com Fluxos de Caixa Dinâmicos, e comparar as vantagens da Simulação de Monte Carlo em relação ao modelo de Árvore de Decisão Quadrinomial. Os resultados indicam que a opção inerente ao carro flex fuel é relevante para a decisão de adquirir um veiculo flex fuel e pode representar de 5% a 10% do seu valor. / [en] The flex fuel car technology was developed by the Bosch Research Center in Brazil, and the firs model was launched in the market in 2003. The concept of flex fuel automobile derived from the possibility of using ethanol, gas or any proportion of this mixture in a fuel tank. The fuel flexibility and its price volatility add value to the vehicle because the consumer has the option to choose the cheapest fuel each time he needs it. We perform the valuation of the flex fuel automobile using Real Options Approach to Dynamic Cash Flow Simulation. The results show that the value of the flex fuel option is significant and can represent from 5% to 10% of the price of the automobile. We also compare this method to the quadrinomial decision tree model and show that while both provide similar results, the simulation method is similar and less computationally intensive.

[pt] Simulações numéricas tendem a simplificar o comportamento de problemas reais, na maioria das vezes pela adoção de um modelo 2D para descrição da resposta hidráulico-mecânica de barragens de terra, escavações, fundações, etc., com base na maior facilidade da construção geométrica de malhas, rapidez de processamento, simplicidade na introdução das condições de contorno, menor dificuldade na obtenção dos parâmetros de engenharia, etc. Entretanto, para certos fenômenos como o fluxo através de barragem em vales estreitos ou no rebaixamento do lençol freático para execução de escavações para construção de fundações, os efeitos tridimensionais podem afetar consideravelmente os resultados obtidos com uma solução simplificada, seja em termos de vazão, cargas, gradientes hidráulicos ou fatores de segurança. Esta dissertação tem como objetivo principal analisar problemas de fluxo, na condição transiente e/ou permanente, considerando solos saturados e parcialmente saturados, em simulações 2D e 3D pelo método dos elementos finitos buscando destacar as principais diferenças entre as respostas obtidas, ressaltando as principais vantagens e dificuldades da realização de uma simulação 3D em relação a uma análise simplificada 2D. Os exemplos numéricos abordados neste trabalho se referem à barragem de terra Macusani, no Peru, à escavação realizada para construção das estruturas da Pequena Central Elétrica Canoa Quebrada - MT e ao rebaixamento do lençol freático para construção das fundações do shopping Brooklin na cidade de São Paulo - SP. / [en] Numerical simulations tend to simplify the behavior of real problems, mainly through the choice of 2D models to describe the hydromechanical responses of earth dams, excavations, foundations, etc., partly because it is easier to construct geometrical meshes, it is simpler to impose the required boundary conditions, the computer calculations are done more rapidly and the estimation of the engineering parameters, either through field or laboratory tests, are less difficulty than it would be if the problem was treated as a complete 3D case. However, for certain phenomena such as the flow of water through dams situated in narrow valleys or the water drawdown in excavations for construction of building foundations, 3D effects can considerably affect the results when compared to a simplified 2D solution, either in terms of quantity of flow, hydraulic heads and gradients, security factors, etc. The main goal of this dissertation is the analysis of flow problems, both in transient and permanent conditions, considering fully saturated or partially saturated soils, employing 2D and 3D numerical models based on the finite element method in order to highlight the main differences between the computed answers, emphasizing the advantages and difficulties of both approaches. The numerical examples studied in this work are the earth dam Macusani, situated in Peru, the excavation carried out for the construction of the structures in the small hydroelectric plant Canoa Quebrada - MT, and groundwater drawdown for the execution of the foundations of the Brooklin shopping mall, in the city of São Paulo - SP.

[pt] No atual modelo econômico do setor elétrico, é necessário identificar os agentes beneficiados pelos serviços ancilares à transmissão de potência de forma a alocar adequadamente os custos de investimento, de operação e manutenção do equipamento necessário para a prestação do serviço. Entre os serviços ancilares, destaca-se o suporte de potência reativa para a regulação de tensão. Este trabalho apresenta um método baseado nos multiplicadores de Lagrange de um problema de otimização associado ao cálculo das medidas corretivas necessárias para lidar com níveis de tensão inadequados. Dois critérios de otimização são definidos: mínimo corte de carga e mínima alocação de potência reativa. Os multiplicadores de Lagrange definem a responsabilidade de cada barra quando ocorrem violações de tensão no sistema. O método permite não só identificar as barras beneficiadas pelo equipamento de compensação de potência reativa como também alocar os custos entre elas. É priorizada a confiabilidade do sistema, analisando as contingências possíveis e considerando suas respectivas probabilidades de ocorrência. O programa computacional NH2, desenvolvido pelo CEPEL, é a ferramenta básica para o desenvolvimento deste trabalho. O método é aplicado, a título de ilustração, ao sistema IEEE - RTS de 24 barras e ao sistema da Área Rio. Os resultados obtidos são comparados com um método já existente, que define fatores de alocação de custos medindo os benefícios às barras devido ao suporte de potência reativa. Esta comparação, benefício x responsabilidade, e a própria teoria dos dois métodos, mostram que o método proposto identifica mais adequadamente as barras e os respectivos fatores para a repartição dos custos. / [en] It is important to identify the agents that take advantage of the ancillary services for system operation in the nowadays electricity market. The actual economic design requires that the costs of investment, operation and maintenance of the necessary equipment should be properly allocated between these agents. Among the ancillary services, the reactive power support for voltage regulation is quite important. It is presented a method that identifies the buses that take advantage of the reactive power equipment and allocates the costs between each one of them. The power system reliability is taken into account. The analysis considers possible contingencies and their respective probability of occurrence. The computer program NH2, developed by CEPEL, is the main tool for the development of this work. The method is based on the Lagrangian multipliers of an optimal power flow problem (OPF) associated to corrective measures necessary to deal with voltage violations. Two different objective functions are used: minimum load shedding and minimum reactive power injection. The Lagrangian multipliers define the responsibility of each bus when system voltage violations occur. For the purpose of illustration, the method is applied on the 24 bus IEEE Reliability Test System and on Área Rio system. Results are compared with those produced by other existing method that defines cost allocation factors measuring the benefit due the reactive support. This comparison, benefit x responsibility, and the theory used by both methods, show that the proposed method identifies more appropriately the buses and the corresponding factors to allocate the costs.

[pt] O estudo de fenômenos transitórios em sistemas hidráulicos está presente em diversos ramos da engenharia, encontra-se na área de hidrelétricas e na indústria do petróleo. O presente trabalho apresenta uma análise comparativa deste fenômeno utilizando três abordagens de modelagem distintas: o clássico método das características, a técnica de grafos de ligação e o tratamento através do fluxo de potência. No caso do método das características emprega-se o procedimento proposto por Streeter. Na modelagem através de grafo de ligação adota-se a analogia generalizada entre os sistemas fluido, mecânico e elétrico. Na representação pelo fluxo de potência acopla-se módulos previamente desenvolvidos considerando as relações de causa e efeito entre os componentes de um sistema. Todos os métodos foram implementados em Matlab e foram testados e comparados a partir de simulações em dois sistemas simples compostos de um reservatório, linha fluida e válvula. Os resultados obtidos através da metodologia de fluxo de potência aproximam-se dos encontrados pelas abordagens tradicionais. / [en] The study of transitory phenomena in hydraulic systems is present in several branches of the engineering, in the hydroelectric power stations area and in the petroleum industry. The present work introduce a comparative analysis of this phenomenon using three approaches of distinct modeling: the classic characteristics method, the technique of bond graphs and the treatment through the power flow. In the case of characteristics method is used the procedure proposed by Streeter. In the modeling through bond graphs is adopted the generalized analogy among the fluid, mechanic and electric systems. In the representation by power flow modules previously developed are coupled considering the cause and effect relationships between components of one system. All methods were implemented in Matlab and were tested and compared from simulations in two simple systems composed of a reservoir, fluid lines and valve. The results obtained through the methodology of power flow are near of the discoveries by the traditional approaches.

[pt] A avaliação do potencial de contaminação de capatações de água, por causa das águas residuais provenientes dos sistemas de tanque séptico, é feita a partir da definição da distância de separação mínima que deve existir entre a captação e o local de infiltração do efluente. A determinação dessa distância define a zona de proteção da captação. Existem três metodologias para definir o tamanho dessa zona de proteção: metodologias baseadas em distâncias fixas e tempos de trânsito, metodologias baseadas na vulnerabilidade e metodologias baseadas no risco de infecção. No caso da Costa Rica, as avaliações são feitas através do uso da metodologia baseada no tempo de trânsito. O tempo de trânsito empregado corresponde ao tempo de sobrevivência dos vírus. Nesta análise determina-se a distância máxima percorrida pelos vírus durante esse tempo, e essa distância define a separação mínima. Esse método considera que o transporte ocorre por percolação vertical saturada através da zona não saturada, e por transporte ao longo da interface água-ar na zona saturada segundo o gradiente natural. Neste trabalho apresenta-se um novo procedimento, baseado no risco de infecção, para a determinação da distância de separação considerando os efeitos da saturação variável e o fraturamento. Este procedimento determina a distância máxima percorrida, a partir do cálculo das concentrações de vírus. A distância de separação mínima corresponde à distância entre a fonte de injeção e o ponto aonde a concentração atinge o valor máximo de concentração permitida. Para o desenvolvimento deste novo procedimento foi implementado um código de programação que inclui: fluxo saturado-não saturado e transporte explícito nos poros e nas fraturas, advecção, dispersão, decaimento, sorção na superfície dos sólidos, sorção nas interfaces água-ar e água-sólido, filtração mecânica e exclusão de poros. Foi realizada uma análise comparativa entre as metodologias acima descritas para três geometrias tipo representativas das condições estratigráficas de algumas áreas do Vale Central da Costa Rica. Os resultados obtidos indicaram que a metodologia normalmente empregada na Costa Rica pode ser inadequada para prever na maioria dos casos a possibilidade de contaminação. / [en] Setback distances of wellhead and catchments from septic tanks are establised by three aproaches: methods based on fixed setback distances or fixed travel times; methods based on vulnerability analysis and methods based on infection risk. In Costa Rica, the determination of setback distances is based on fixed travel times. This approach considers that during and specified travel time all microorganisms will be inactivated, and that the distance traveled during this time defines the minimum safe separation. In this approach a unitary hydraulic gradient and saturated hydraulic conductivity are considered for transport in the unsaturated zone and the natural hydraulic gradient and saturated conductivity for transport in the saturated zone. Only advection is considered as the responsible mechanism for virus transport. A new procedure is presented in this document to define the setback distance. This procedure is based on the infection risk approach. According to this approach the minimum required setback distance is defined as the distance between the injection point and the location where the contaminant reaches a maximum allowable concentration. This procedure was implemented in a computer code that considers variable saturated water flow, fractured-porous media, advection, dispersion, dynamic sorption, inactivation and mechanical filtration. A comparative analysis was performed for three hypothetical geometries using the two approaches described. The results indicate the approach normally used in Costa Rica may no reproduce adequately the possibility of catchments and wellhead contamination.