[pt] A história registra ao longo dos séculos muitos casos de colapso de depósitos de solos arenosos, com consideráveis prejuízos econômicos, perdas de vidas humanas e danos ao meio ambiente, causados pela liquefação dinâmica ou por mobilidade cíclica. Quando um desempenho satisfatório de estruturas não puder ser garantido sob carregamento sísmico, métodos de mitigação devem ser empregados para reduzir o potencial de liquefação. Dentre estes, a execução de drenos verticais é solução interessante, mas desafiadora, pois drenos verticais podem ser utilizados caso dissipem suficientemente rápido os excessos de poropressão e transportem eficientemente o volume de água durante os poucos segundos de duração de terremotos. Uma dificuldade é a avaliação do coeficiente de permeabilidade do depósito de solo, o que afeta e torna incerta a distância desejável entre drenos. Nesta dissertação, análises do desempenho de drenos verticais para mitigação de liquefação dinâmica são realizadas com base em formulações matemáticas e modelos numéricos pelo método dos elementos finitos. / [en] Throughout centuries there are many recorded cases of collapse of sandy deposits with considerable economic losses, loss of human life and damage to the environment caused by the dynamic liquefaction or cyclic mobility. When a satisfactory performance of structures can’t be guaranteed under seismic loading, methods of mitigation must be employed in order to reduce the potential of liquefaction. Among these methods, the execution of prefabricated vertical drains is an interesting, but challenging, solution, because drains can be used if they dissipate very quickly the excess of porepressure generated during the small duration of earthquakes. One of the main challenges is to evaluate the coefficient of permeability of the deposit which affects and brings uncertainties to the desirable distance between the drains installed. On this work, analysis of the performance of vertical drains to mitigate dynamic liquefaction are performed based in mathematical formulations and numerical models through the Finite Element Method.

[pt] A necessidade mundial de energia tem aumentado exponencialmente, no entanto, as reservas de combustíveis fósseis, além de produzirem sérios impactos ambientais, estão se esgotando ao longo dos anos. Por estas razões, muitos estudos vêm sendo feitos na busca de novas fontes renováveis de energia, como o reaproveitamento de resíduos de biomassa. Desta forma, o objetivo deste trabalho é estudar o processo de liquefação hidrotérmica (HTL) do bagaço de malte, gerado ao final do processo cervejeiro, para a produção de bio-óleo e biocarvão como potenciais combustíveis renováveis. A caracterização inicial da biomassa apresentou significativa quantidade de celulose e hemicelulose, alto teor de umidade e pequeno tamanho de partícula, sendo ideal para o processo. A HTL foi conduzida em um reator sob alta pressão em diferentes faixas de temperatura e tempos de residência. Uma modelagem cinética e termodinâmica foi realizada para a etapa inicial da liquefação, apresentando 62,08 kJ.mol−1 de energia de ativação e caráter endotérmico. Bio-óleo apresentou melhor rendimento, 18,2 por cento, a 300 C e 30 min, já o biocarvão atingiu 21,0 por cento de rendimento a 250 C e 5 min. A pequena diferença de valores, ao longo do tempo, comprovou que a maior produtividade ocorre sempre em 5 min, sendo este o tempo ótimo de reação. A análise do poder calorífico superior (PCS) demonstrou que altas temperaturas elevam a energia produzida. Em 5 min e a 300 C, melhores condições de operação, a HTL gerou um bio-óleo com PCS de 33,6 MJ.kg−1, sendo 27,8 por cento inferior a gasolina e um biocarvão com 26,7 MJ.kg−1, sendo 11,4 por cento superior ao carvão tradicional. Através das caracterizações finais, foi possível observar alta degradação da estrutura lignocelulósica da biomassa e identificar os compostos presentes no bio-óleo, indicando que os produtos da HTL apresentam alto potencial de utilização como combustíveis renováveis. / [en] The global energy needs have increased exponentially; however, fossil fuel reserves, in addition to producing serious environmental impacts, are running out over the years. For these reasons, many studies have been done in the search for new renewable energy sources, such as the reuse of biomass wastes. In this way, the purposes of this study are associated with the hydrothermal liquefaction process (HTL) of the malt bagasse, generated at the end of the brewing process, for the production of bio-oil and biochar as potential renewable fuels. The initial biomass characterization presented a significant amount of cellulose and hemicellulose, high moisture content and small particle size, ideal for the process. The HTL was conducted in a high pressure reactor in different temperature ranges and residence times. A kinetic and thermodynamic modeling was performed for the initial stage of liquefaction, presenting 62.08 kJ.mol−1 of activation energy and endothermic behavior. Bio-oil presented a better yield, 18.2 percent, at 300 C and 30 min, while the biochar reached 21.0 percent yield at 250 C and 5 min. The small distintion between values, over time, proved that the highest productivity always occurs at 5 min, which is the optimal reaction time. The higher heating value analysis (HHV) showed that high temperatures increase the energy produced. At 5 min and 300 C, better operating conditions, HTL generated a bio-oil with HHV of 33.6 MJ.kg−1, with 27.8 percent less than gasoline and a biochar with 26.7 MJ.kg−1, being 11.4 percent higher than traditional coal. Through the final characterization, it was possible to observe high degradation of the lignocellulosic structure of the biomass and to identify the compounds present in the bio-oil, indicating that the HTL products present high potential for use as renewable fuels.

[pt] O fenômeno de liquefação continua sendo um dos temas mais importantes, complexos e controversos da engenharia geotécnica, sendo a liquefação dinâmica, causada por terremotos, o maior contribuinte de risco sísmico urbano em vários países andinos. O movimento causa incrementos da poropressão que reduz a tensão efetiva e conseqüentemente a resistência ao cisalhamento de solos arenosos. O presente trabalho de pesquisa apresenta e compara algumas das metodologias existentes para a avaliação do fenômeno de liquefação dinâmica, variando desde o método semi-empírico de Seed-Idriss para estimativas do potencial de liquefação até a execução de algumas análises numéricas, no contexto dinâmico, através do programa computacional FLAC 2D v.5. Um estudo de caso, para uma comparação dos diversos procedimentos, consiste na análise dinâmica de uma pilha de lixiviação de minério de cobre, situada em região de atividade sísmica no Peru que, devido a problemas no sistema de drenagem interna, resultou com um alto nível de saturação que poderia colocar sua estabilidade em risco devido à possibilidade de liquefação sob carregamento sísmico. Dos resultados obtidos nessas análises, pode-se afirmar que o método semi-empírico de Seed-Idriss, para determinação do potencial de liquefação, compara-se bastante bem com modelos mais sofisticados baseados em análises dinâmicas empregando tanto o modelo constitutivo de Finn quanto o modelo constitutivo elastoplástico UBCSAND. / [en] The phenomenon of liquefaction is still one of the most important, complex and controversial subjects of the geotechnical engineering, being the dynamic liquefaction, caused by earthquakes, the major contributor to urban seismic risks in several Andesian countries. The shaking increases the pore water pressure which reduces the soil effective stress and, therefore, the shear strength of sandy soils. This dissertation presents and compares some of the proposed methodologies to evaluate the phenomenon of dynamic liquefaction, ranging from the semi-empirical method of Seed-Idriss to estimate the liquefaction potential to the execution of some numerical analyses, within the dynamic context, through the computational program FLAC 2D v.5. The case study, for the comparison among the several procedures, consists of a copper ore heap leach, situated in a high seismic activity zone in Peru, that experimented high levels of saturation, due to problems in the internal drainage system, that could put in risk the stability of the leach pad to the possibility of liquefaction under seismic loading. From the results of such analyses, one can say that the semi-empirical method proposed by Seed- Idriss for the determination of the liquefaction potential compares quite well with outputs from more sophisticated numerical analyses based on dynamic studies that incorporate either the Finn s or the elasto-plastic UBCSAND constitutive models.