[pt] Esta dissertação desenvolve um estudo sobre a aplicação das técnicas de modelagem geológica e análises geoestatísticas na avaliação da variabilidade espacial do parâmetro geotécnico (RQD) no depósito Animas – Peru. O estudo das cinco litologias presentes no depósito permitirá melhorar o conhecimento da qualidade do maciço rochoso em regiões não-amostradas. Nesta pesquisa foram empregados o método da krigagem ordinária, para estimação da variabilidade espacial, e a simulação seqüencial Gaussiana, para simulação da distribuição dos valores de RQD. Ambos os resultados foram comparados com um técnica de estimativa clássica - o método do inverso do quadrado da distância. Verificou-se que os resultados provenientes do método clássico e da krigagem ordinária são bastante semelhantes entre si, enquanto que valores produzidos pela simulação Gaussiana apresentaram acentuadas diferenças em todas as litologias analisadas. No estudo foram utilizados os programas computacionais Datamine, para modelagem geológica, e Isatis v.7 para análises geoestatísticas. / [en] This thesis investigates the application of geological modeling techniques and geostatistical methods for estimation of the spatial variability of the geotechnical parameter RQD at the ore deposit Animas - Peru. The study of five different rock layers will permit the improvement of the overall knowledge about the quality of the rock mass, mainly in the regions where the existence of experimental samples is limited or not available at all. In this research the ordinary kriging method was used for studies of spatial variability and the Gaussian sequential simulation for analysis of the distribution of RQD values throughout the rock mass. The results of both methods were compared with those calculated on basis of a classical estimation technique - the method of the inverse of the squared distances. It was concluded that the values obtained by ordinary kriging and the classical method are quite similar between themselves but the results with Gaussian simulation show significant differences in all the rock layers investigated. In this research the following computational programs were used: Datamine, for the geologic modeling, and Isatis v.7, for geostatiscal analyses.

[pt] Nos dias atuais, pesquisas envolvendo a computação gráfica e a área médica, têm contribuído muito para a evolução tecnológica de exames e diagnósticos. Uma vertente desses trabalhos está relacionada diretamente à reconstrução 3D de estruturas anatômicas do corpo humano, em específico a coluna vertebral. O sedentarismo e a alta dependência dos computadores vêm aumentando e agravando os problemas posturais das pessoas. Por esse motivo, novas técnicas de reconstrução 3D baseada em exames de tomografia computadorizada (TC), ressonância magnética (RM) e raios-x são desenvolvidas, tornando as avaliações clínicas cada vez mais precisas. Neste trabalho é proposto um sistema de modelagem 3D baseado em radiografias digitais com a finalidade de recriar a coluna vertebral em um ambiente virtual. A recuperação das informações tridimensionais de cada vértebra ajuda a melhorar a avaliação feita atualmente com base apenas em imagens 2D. A técnica utilizada no desenvolvimento do método se baseia na estereoradiografia. E a utilização de radiografias, em relação à TC, reduz consideravelmente o tempo de exposição do paciente à radiação, além de ser mais acessível à população pelo seu menor custo. Os resultados obtidos apresentaram uma boa precisão do sistema. Além do mais, o método proposto atingiu resultados bem próximos aos de pesquisas baseadas em TC e RM, onde os dados de entrada são bem mais legíveis do que as imagens de raiosx. / [en] Research involving computer graphics and laboratory exams has contributed much to the quality of the Medical diagnose. One aspect of these researches is directly related to 3D reconstruction of anatomical structures of the human body, especially the spine. The sedentary lifestyle and the high dependence of computers have increased the postural problems of the population. Therefore, new techniques for 3D reconstruction based on Computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI) and x-ray images are required, in order to make the clinical evaluation increasingly accurate. This work proposes a 3D modeling system based on x-ray images that yields a virtual spine model. The recovery of three-dimensional information of each vertebra helps improve the assessment currently made using only 2D images. The technique used here is based on stereo radiographic. The use of x-ray images instead of CT, significantly reduces the exposure time of the patient to radiation, and is more useful to the general population due to its lower cost. The results presented here show good accuracy despite its lower cost. The proposed method has achieved results very close to those based on expensive CT or MRI, where the input image is better than x-ray images.

[pt] A estabilidade de encostas constituídas por solos residuais não saturados sofre grande influência das variações das condições de fluxo locais, uma vez que, em muitos casos, grande parte de sua resistência ao cisalhamento é conferida pela coesão aparente acarretada pelo fenômeno de sucção. Sabendo disso, o presente trabalho avaliou, através de análises de estabilidade e de fluxo realizadas em modelos bi e tridimensionais, a possibilidade de se criar um modelo onde o resultado final de estabilidade independa da distribuição de sucção inicial. As análises e modelagens de fluxo e estabilidade foram executadas com auxílio dos softwares SVDesigner, SVSlope e SVFlux-GE integrantes do pacote SVoffice, desenvolvido pela SoilVision. Buscou-se quantificar a influência da distribuição da sucção inicial nos casos estudados. Os parâmetros de solo utilizados como dados de entrada nos modelos derivaram de estudos desenvolvidos por de Oliveira (2013) sobre os mecanismos de ruptura de movimentos de massa que ocorreram em Nova Friburgo durante o megadesastre que ocorreu na Região Serrana do Rio de Janeiro em 2011, e os dados climáticos advieram de registros contemporâneos e pretéritos ao evento. Nos modelos 2D foi possível, ao se considerar aproximadamente oito meses de dados climáticos, que diferentes condições iniciais de sucção homogêneas convergissem para um resultado único de estabilidade. Nas modelagens também foi observado que o comportamento do fluxo diferiu entre os modelos 2D e 3D o que teve um significativo impacto em suas análises de estabilidade. / [en] The stability of slopes consisting of unsaturated residual soils is strongly influenced by variations in local flow conditions, since in many cases much of their shear strength is conferred by the apparent cohesion caused by the suction phenomenon. With this in mind, the present study evaluated the possibility of creating a model where the final stability result is independent of the initial suction distribution through stability and flow analyzes performed in two and three-dimensional models. Flow and stability analyzes and modeling were performed using the SVDesigner, SVSlope and SVFlux-GE software components of the SVoffice package developed by SoilVision. It was tried to quantify the influence of the initial suction distribution in the cases studied. The soil parameters used as input data in the models were derived from studies developed by de Oliveira (2013) on the mechanisms of rupture of the mass movements that occurred in Nova Friburgo during the disaster that occurred in the Serrana Region of Rio de Janeiro in 2011, and the climatic data came from records in the region during and before the event. In the 2D models, it was possible, considering approximately eight months of climatic data, that different initial homogeneous suction conditions converged to a single stability result. It was also observed that the flow behavior differed between the 2D and 3D models, which had a significant impact on their stability analyzes.

[pt] Esta dissertação tem por objetivo a implementação de uma ferramenta numérica para avaliação do fluxo transiente 3D saturado-não saturado em barragens de terra e enrocamento, baseado no método dos elementos finitos e no programa GEOFLUX implementado por Machado Jr. (2000) para análise de problemas 2D. Nesta nova versão, foram incluídos elementos triangulares de 3 nós para análises 2D e elementos tetraédricos de 4 nós para análises 3D. Implementam-se também subrotinas que oferecem a possibilidade de variação das condições de contorno com o tempo. A equação de Richards é solucionada considerando a formulação mista e o método iterativo de Picard Modificado para solução do sistema de equações não- lineares. Para a solução do sistema de equações utiliza-se um armazenamento especial para matrizes esparsas associado com o método do gradiente bi-conjugado, tornando o processo muito rápido, mesmo em sistemas de grande porte. Utilizam- se dois modelos para representar as curvas características: o modelo exponencial proposto por Srivastava e Yeh (1991) e o modelo proposto por van Genuchten (1980). O programa computacional desenvolvido (GEOFLUX3D) foi aplicado na análise de fluxo na barragem de enrocamento de Gouhou, China, e na barragem de terra Macusani, Peru. Os resultados numéricos indicam a necessidade de análises numéricas 3D em barragens situadas em vales estreitos, onde os efeitos de geometria nas condições de fluxo são significativos e não podem ser ignorados. / [en] The main objective of this thesis is to implement a numerical tool for the evaluation of 3D saturated / unsaturated transient flow through earth and rockfill dams with basis on the finite element method and a computer program written by Machado Jr. (2000) for analysis of similar 2D flow problems. In the 3D version, developed in this thesis, four-nodes tetrahedral elements were implement as well as special subroutines that make possible to vary in time the boundary conditions. The Richards` equation is solved through a mixed formulation, for the solution of the non-linear system of equations a Modified Picard`s method is employed. A special algorithm is used to store the sparse matrices which, in association with the bi-conjugated gradient method, rend the solver computationally very efficient, even for a large number of equations. Two different models were used to represent the characteristic curves: the exponential curve proposed by Srivastava and Yeh (1991) and the formulation suggested by van Genuchten (1980). The improved computer program, thereafter named GEOFLUX3D, was then applied for flow analysis of the Gouhou rockfill dam (China) and the Macusani earth dam (Peru). Numerical results point out that 3D numerical analyses are necessary for dams situated in narrow valleys, where the influence of the terrain geometry on the flow conditions are quite significant and cannot be just ignored.

[pt] Operações booleanas em modelagem 3D são usadas para criar novos modelos ou para modificá-los. Na maioria dos tipos de representação de objetos 3D, estas operações são bastante complexas. Nos últimos anos tem sido muito explorado um novo tipo de modelagem, a modelagem por pontos, que apresenta muitas vantagens em relação às outras representações como maior simplicidade e eficiência. Dois trabalhos exploram as operações booleanas na modelagem por pontos, o trabalho de Adams e Dutré e o trabalho de Pauly et. al. Dada a grande importância deste novo tipo de modelagem e do uso de operações booleanas, esta dissertação apresenta uma introdução à modelagem por pontos, implementa o algoritmo proposto em Adams e Dutré com algumas melhorias e o compara com o método de Pauly et. al. / [en] Boolean operations are used to create or modify models. These operations in the majority of 3D object representations are very complex. In the last years a significant trend in computer graphics has been the shift towards point sampled 3D models due to their advantages over other representations, such as simplicity and efficiency. Two recent works present algorithms to perform interactive boolean operations on point-based models: the work by Adams and Dutré and the work by Pauly et. Al.. Due to great importance of this novel representation and of the use of boolean operations, the present work makes an introduction to point-based representation, implements the algorithm proposed by Adams and Dutré with some improvements, and compares this implementation with the work by Pauly et. al..

[pt] Análises de estabilidade bidimensionais são predominantemente utilizadas na prática geotécnica, tendo em vista a praticidade e os resultados, em sua maioria, mais conservadores, tornando as análises tridimensionais ainda pouco disseminadas. Por este motivo, o presente trabalho possui como objetivo a comparação entre os fatores de segurança encontrados em análises 2D e 3D e também em retroanálises, buscando verificar o comportamento de taludes nesses dois tipos de análise e comparar com o esperado no campo para cada caso. Sendo assim, o presente estudo se dividiu entre estudos preliminares em taludes hipotéticos, a fim de validar as análises realizadas no software computacional 2D e 3D, e em um estudo de caso para a realização de retroanálises em casos bi e tridimensionais de um talude rompido. As análises e retroanálises foram realizadas no programa computacional SVSlope, da SoilVision Systems Ltd., utilizando o método de equilíbrio limite de Morgenstern e Price (1965) e adotando o critério de ruptura de Mohr-Coulomb para quantificação dos parâmetros de resistência dos solos. Os casos hipotéticos consideraram taludes homogêneos, de solos arenosos, em três condições de geometria: talude infinito, talude não infinito com topografia constante e talude não infinito com altura variável, impondo uma variação de topografia. Já o estudo de caso foi realizado em uma encosta que sofreu movimentações, estando localizada na Rodovia Rio-Santos, município de Mangaratiba, no Rio de Janeiro. Os resultados das análises mostraram que, para os casos estudados, a análise de estabilidade 2D apresenta resultados compatíveis com a condição 3D, ainda que conservadores. No entanto, em projetos onde seja necessária a realização de retroanálises, mostrou-se ser mais prudente a utilização de análises 3D, uma vez que esta resulta em parâmetros de resistência ao cisalhamento (c e ângulo de atrito interno do solo) menores, logo, mais conservadores. / [en] Two-dimensional stability analyzes are predominantly used in geotechnical practice, in view of the practicality and results, most of them, more conservative, making three-dimensional analysis still little disseminated. For this reason, the present work aims to compare the safety factors found in 2D and 3D analysis and back analysis, seeking to verify the behavior of the slope in these two types of analysis and to compare with what is expected in reality for each case. Thus, the present study was divided between preliminary studies on hypothetical slopes, in order to validate the analysis performed in 2D and 3D computational software, and in a case study to perform back analysis in two and three-dimensional cases of a broken slope. The analysis and back analyses were performed in the computer program SVSlope, from SoilVision Systems Ltd., using the limit equilibrium method of Morgenstern and Price (1965) and adopting the Mohr-Coulomb rupture criterion to quantify the soil resistance parameters. The hypothetical cases considered homogeneous slopes, with sandy soils, in three geometry conditions: infinite slope, non-infinite slope with constant topography and non-infinite slope with variable height, imposing a variable topography. The case study, on the other hand, was carried out on a slope that suffered movement, being located on the Rio-Santos Highway, in the municipality of Mangaratiba, in Rio de Janeiro. The results of the analysis showed that, for the cases studied, the 2D stability analysis presents reasonable results and is compatible with the 3D condition, although conservative. However, in projects where back analysis is necessary, the use of 3D analysis proved to be more prudent, since this results in lower shear strength parameters (c and internal friction angle of the ground), therefore, more conservative.