Problemas de transferência de calor e de massa em meios granulares são encontrados em inúmeras situações de interesse tecnológico. Particularmente, o processo de secagem de grãos envolve esses dois fenômenos. Nesta tese é desenvolvido um modelo matemático que descreve os balanços de energia e de massa para o ar e os grãos baseado nas equações de Navier-Stokes. O coeficiente convectivo de transferência de massa entre o grão e o ar é obtido a partir de dados experimentais para a secagem de grãos de soja. As equações governantes do modelo são resolvidas numericamente por um esquema em diferenças finitas. A análise de consistência, estabilidade e convergência também é realizada para o caso unidimensional. Uma solução analítica da equação diferencial parcial com a forma das equações de balanço da energia e da massa para o ar (caso unidimensional) é obtida, fazendo-se comparações entre dados numéricos e a solução analítica, para funções testes no termo fonte, com o objetivo de avaliar o esquema numérico utilizado. Resultados são apresentados fazendo comparações dos valores numéricos calculados através do modelo com dados experimentais encontrados na literatura. Avalia-se também a influência de parâmetros adimensionais envolvidos nos processos de transferência de calor e massa. Estes resultados contribuem para obter um melhor entendimento da transferência de calor e massa em meios granulares, cujas aplicações são encontradas em muitas situações de interesse prático. / Problems of heat and mass transfer in granular media are found in countless situations of technical interest. Particularly, the grain drying process involve those two phenomena. In the present work we develop a mathematical model that describes the energy and the mass balance for the air and the grain based on the Navier-Stokes equations. The convective mass transfer coefficient between the grain and the air is obtained from experimental data for the soy grain drying process. The governing equations of the model are approximated by means of a finite differences scheme. The analysis of consistency, stability and convergence is also made for the unidimensional case. An analytical solution for a partial differential equation with the form similar to the energy and mass balance equations for the air (in the unidimensional case) is obtained; comparisons are realized between the numerical data and the analytical solution for chosen test functions in the source term, with the objective of evaluating the numerical scheme used. Numerical results are presented and compared with the experimental data found in the literature. We evaluate the influence of dimensionless parameters involved in the heat and mass transfer processes as well. These results contribute to obtain a better understanding of the heat and mass transfer in a granular medium, whose applications are found in many situations of technical interest.

Esse trabalho tem dois objetivos principais: o primeiro deles consiste em apresentar o estado da arte sobre processos de otimização combinatorial dando uma ênfase especial ao método Simulated Annealing (SA). São apresentados seu histórico, funcionalidades, algoritmo genérico e propostas de paralelização presentes na literatura. Além disso, é apresentado o algoritmo de geração de redes aleatórias contínuas, algoritmo, esse, projetado por pesquisadores do Instituto de Física da UFRGS que utiliza o método SA para gerar redes que atendam certas restrições. O segundo objetivo consiste empropor a paralelização desse algoritmo visando diminuir significativamente o tempo de geração de cada rede, que com o algoritmo seqüencial chega a demorar mais de um mês. Nessa etapa foi utilizada uma adaptação de um dos métodos propostos pela literatura juntamente com a técnica de divisão de domínio. Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios tanto em relação à qualidade numérica quanto à diminuição do tempo de processamento. Além disso, discute-se no trabalho a genericidade da proposta de paralelização a outros problemas baseados em SA. / This work has two main goals: the first one is to present the state of the art on combinatorial optimization processes, with a special emphasis to the Simulated Annealing (SA) method. The work presents its history, features, generic algorithm and proposed parallelization present in the literature. Moreover, the algorithm to generate random networks continued is presented. This algorithm was designed by researchers of the UFRGS Physics Institute and it uses the SA method. The second goal of this work is to propose a parallelization for this algorithm in order to decrease significantly the generation time of each network, that with the sequential algorithm reaches more than months. To do that was used an adaptation of one of the methods proposed by literature together with the domain partitioning technical. The results were satisfactory in terms of the numerical quality and in the decrease of the processing time. In addition, this work discusses the genericity of the proposed parallelization to other problems based on SA.

Nesta tese de doutorado apresentamos um conjunto de estudos em sistemas com atraso, especialmente no contexto de lasers realimentados. O paradigmático modelo fisiológico de Mackey-Glass nos introduz no contexto de sistemas atrasados por ser simples e já, bastante estudado. Na sequencia, um modelo de lasers de CO 2 com realimentação eletro-óptica e o modelo de Lang-Kobayashi para lasers de semicondutor são estudados em detalhes. O espago de parâmetros do modelo de Mackey-Glass apresenta fases regulares e caóticas, compondo um complexo mosaico de rotas para o caos. Cascatas de dobramento de período são observadas, além de um novo tipo de comportamento caracterizado pela adição de picos por deformação do perfil da solução. Além disso, percebemos que a implementag5,o do atraso não implica em mudança instantânea na dinâmica, revelando uma "letargia" do sistema frente a influencia do atraso. Também observamos a acumulação de shrimps no espaço de parâmetros, sendo que nestas estruturas podemos fracionar a solução em segmentos, de forma que ao passarmos de uma estrutura para outra, a solução apenas apresenta a adição de alguns destes segmentos na sua composição. O espaço de parâmetros do modelo de laser de CO 2 com realimentação sem atraso apresenta dois tipos de descontinuidade no período das soluções associadas: uma divergência com o aumento da voltagem de bias (B), e um aumento abrupto com a variação conjunta da voltagem de bias e do ganho de realimentação (r). O efeito deste salto no espaço de fase y x z e discutido. A implementação do atraso (T 0) e o incremento deste tempo de atraso revelou, inicialmente, uma contração das fases periódicas complexas no piano r x B, ate sua completa extinção. Após um intervalo de inatividade dinâmica, o continuo aumento de T revelou o ressurgimento de complexas fases de soluções periódicas e caóticas. No modelo de Lang-Kobayashi, mostramos que as transições observadas no comportamento dinâmico da intensidade do laser quando o tempo de atraso e variado estão relacionadas com a criação e destruição dos chamados Modos de Cavidade Externa (ECMs). Por outro lado, o incremento da corrente de bombeamento P mostrou uma gradual cornplexificação da solução, alternando solug5es periódicas, levemente irregulares e ca6ticas. O piano T x P mostrou uma rica distribuição deste tipo de soluções, formando estruturas bem definidas no espaço de parâmetros. Multiestabilidade também foi observada neste modelo. / In this thesis we present a series of studies in delayed systems, specially in the context of feedback lasers. The paradigmatic Mackey-Glass model introduces us in the context of delayed sistems, for being both simple and largely studied. Additionally, a model for CO2 lasers with electro-optical feedback, and the Lang-Kobayashi model for semiconductor lasers are studied in details. The parameter space of the Mackey-Glass model presents phases of regular and chaotic behavior, composing a complex mosaic of routs to chaos. Period doubling cascades are observed, along with a new type of behavior, characterizing the peak adding by waveform deformation of the solution. In addition, we see that the implementation of the delay time does not instantaneously changes the dynamics, revealing a "lethargic" behavior of the system under the delay influence. We also observed the accumulation of shrimps in parameter space, and in these structures we can divide the solution in segments, in a way that when we jump from one of these structures to another, the solution is simply added by one of these segments in its composition. The parameter space of the CO 2 laser model with feedback (without delay) presents two types of discontinuities in the period of the associated solutions: a divergence, with the increasing of the bias voltage (B), and a sharp increase with the joint variation of the bias voltage and the feedback gain (r). The effect of this jump in phase space y x z is discussed. The implementation of the delay (T 0) revealed the existence of low complexity regimes in r x B plane under the variation of T. The increasing of this delay time revealed, initially, a contraction of the complex periodic phases in r x B plane, until its complete disappearance. After a range of dynamical inactivity, the further increasing in 7- revealed the reappearance of complex phases with periodic and chaotic solutions. In the Lang-Kobayashi model, we showed that the transitions observed in the laser intensity dinamical behavior while the delay time is varied are related to the creation and destruction of the External Cavity Modes (ECM). On the other hand, the increasing of the pump current P showed a gradual complexification of the solution, alternating periodic, lightly irregular, and chaotic solution. The T x P plane showed a rich distribution of these types of solutions, composing well defined structures in parameter space. Multistability was also observed in this model.

Nesse trabalho apresentamos algoritmos adaptativos do M´etodo do Res´ıduo M´ınimo Generalizado (GMRES) [Saad e Schultz, 1986], um m´etodo iterativo para resolver sistemas de equa¸c˜oes lineares com matrizes n˜ao sim´etricas e esparsas, o qual baseia-se nos m´etodos de proje¸c˜ao ortogonal sobre um subespa¸co de Krylov. O GMRES apresenta uma vers˜ao reinicializada, denotada por GMRES(m), tamb´em proposta por [Saad e Schultz, 1986], com o intuito de permitir a utiliza¸c˜ao do m´etodo para resolver grandes sistemas de n equa¸c˜oes, sendo n a dimens˜ao da matriz dos coeficientes do sistema, j´a que a vers˜ao n˜ao-reinicializada (“Full-GMRES”) apresenta um gasto de mem´oria proporcional a n2 e de n´umero de opera¸c˜oes de ponto-flutuante proporcional a n3, no pior caso. No entanto, escolher um valor apropriado para m ´e dif´ıcil, sendo m a dimens˜ao da base do subespa¸co de Krylov, visto que dependendo do valor do m podemos obter a estagna¸c˜ao ou uma r´apida convergˆencia. Dessa forma, nesse trabalho, acrescentamos ao GMRES(m) e algumas de suas variantes um crit´erio que tem por objetivo escolher, adequadamente, a dimens˜ao, m da base do subespa¸co de Krylov para o problema o qual deseja-se resolver, visando assim uma mais r´apida, e poss´ıvel, convergˆencia. Aproximadamente duas centenas de experimentos foram realizados utilizando as matrizes da Cole¸c˜ao Harwell-Boeing [MCSD/ITL/NIST, 2003], que foram utilizados para mostrar o comportamento dos algoritmos adaptativos. Foram obtidos resultados muito bons; isso poder´a ser constatado atrav´es da an´alise das tabelas e tamb´em da observa ¸c˜ao dos gr´aficos expostos ao longo desse trabalho.

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T20:34:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 QuispeCrespo_Orlando_M.pdf: 8187262 bytes, checksum: 81101608f4ca01d5516f7d8adfdb547c (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Um estudo experimental e numérico é realizado para a avaliação de bancos de gelo de tipo placas paralelas, importantes para equilibrar a demanda de energia elétrica. Um modelo simplificado é analisado, desenvolvendo um código computacional que é comparado com os dados experimentais. Para a solução das equações governantes é utilizado o método de diferenças finitas. Na discretização do modelo matemático é aplicado o método de malha fixa no domínio de espaço. Uma metodologia completa e detalhada de análise de solidificação, mecanismo fundamental para o armazenamento de energia a baixas temperaturas, é desenvolvida. A transferência de calor é tratada como um problema de condução unidimensional,com temperatura de parede constante ou variando uniformemente em função do tempo. Na fase líquida são desconsiderados os efeitos de convecção. Parâmetros relevantes dos bancos de gelo como: taxas de fluxo de calor superficial,calor armazenado, velocidades e tempos de carregamento, distribuição de temperatura nas fases líquida e sólida são obtidos. Efeitos das variáveis independentes como: temperaturas iniciais da água, temperaturas de resfriamento e espaçamento das placas, sobre os parâmetros relevantes, são quantitativamente mostrados no presente estudo, identificando fatores importantes que estabelecem o melhor desempenho da unidade. Resultados experimentais obtidos para diferentes condições, confirmam a validade do modelo computacional / Abstract: An experimental and numerical study is carried out to evaluate ice banks of parallel plates type. A simplified representative model is analysed, a computational code was developed and compared with experimental results. The finite difference method is used to solve the governing equations. For the mathematical model discretization, the method of fixed grid is used in the space domain. Complete and detailed methodology of the analysis of solidification, fundamental mechanism for the energy storage of low temperature are included. The heat transfer is treated as one dimensional conduction problem, with a constant temperature at the wall or changing uniformly as a function of time. In the liquid phase, the convection effects are not considered. Important parameters of the ice banks such as: superficial heat flux rates, velocity and time of the discharge, temperature distribution in the liquid and solid phases are discussed. Effects of the independent variables such as: water initial temperature, cooling fluid temperature and the spacing between the plates, over the relative parameters are quantitatively illustrated in this study, identifying the key factors to establish the best performance of the unit. Experimental results for different conditions, confirming the validity of the computational model are also included. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Regis Kruel Romeu, Osvair Vidal Trevisan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T20:35:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_RubensFaustoJoseMesquitadaCunha_M.pdf: 6372604 bytes, checksum: 423a7b88c95412c42703337f4c68ef44 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: As modernas técnicas de modelagem geológica e geoestatística permitem a descrição das heterogeneidades dos reservatórios de petróleo em um nível de detalhamento incompatível com a capacidade de cálculo dos programas de simulação numérica de fluxo. Com isso, o processo de transferência de escala - ou seja, a determinação de propriedades efetivas ou equivalentes para uma malha mais grosseira, preservando o máximo de informações da malha fina - tomou-se uma etapa crítica dos estudos de reservatórios. Nesse trabalho, implementa-se uma formulação de elementos finitos híbridos (EFH) para o cálculo da permeabilidade equivalente de meios porosos heterogêneos, a partir da simulação do campo de pressões e de velocidades do fluxo monofásico e incompressível em regime permanente. Utiliza-se o espaço de aproximação de Raviart-Thomas de mais baixa ordem. São explicados os detalhes da formulação para o tratamento de elementos deformados. Construíram-se dois programas: uma versão 2D, capaz de combinar elementos triangulares e retangulares; e uma versão 3D, para paralelepípedos regulares. Esses programas são aplicados a diversos casos de meios heterogêneos, comparando-se a precisão dos resultados e o desempenho computacional com outros métodos analíticos e numéricos. Observa-se o efeito do refinamento da malha numérica sobre a precisão do resultado. Nessa comparação, verifica-se que o método EFH é superior tanto ao esquema de diferenças finitas (5 pontos em 2D e 7 pontos em 3D) como ao esquema de elementos finitos de Galerkin com funções de forma lagrangeanas lineares, considerando que produz resultados mais precisos para o mesmo número de incógnitas do sistema linear. Por fim, com base no padrão de convergência desses diferentes métodos numéricos, propõe-se um novo estimador para o cálculo da permeabilidade equivalente / Abstract: Recent and sophisticated geological and geostatistical modeling tools allow a very small scale petroleum reservoir heterogeneities description that cannot be directly used by numerical flow simulation codes due to restrictions imposed by the available computing power. Then, the upscaling process - i.e., the determination of effective or equivalent properties on a coarser grid, maintaining the integrity of the tine scale description - tumed out a critical step for the reservoir studies. In this study, we implement a hybrid tinite element formulation (HFEM) to calculate the equivalent permeability of heterogerieous porous media subject to steady-state singlephase incompressible flow. The lowest order Raviart-Thomas approximation space is used. The details on how to apply deformed elements are explained. Two codes have been developed: a 2D version, capable of using triangular and rectangular elements; and a 3D option, for rectangular parallelepipeds. These codes are applied to several heterogeneous media cases, and we compare the results precision and computational requirements against other numerical and analytical methods. We verify that the hybrid f9!lIlUlationis more accurate than both the 5/7-point tinite difference schemes and the lowest order Galerkin tinite element method, for the same number of unknowns. Eventually, based on the convergence behavior ofthe different numerical schemes. We propose a new estimator for the determination ofthe equivalent permeability / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientadores : Philippe Remy Bernard Devloo, Renato Pavanello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-27T19:02:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AyalaBravo_CedricMarceloAugusto_D.pdf: 8604668 bytes, checksum: 944ae0b8783c10884416086e25f24434 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Descrevem-se de uma maneira formal os conceitos matemáticos que permitem implementar um refmamento multidimensional h-p adaptativo para o método dos elementos finitos. Os conceitos são implementados em código orientado para objetos num ambiente de programação de elementos finiitos denominado PZ. O conceito de transformação geométrica define o mapeamento entre um elemento de referência uni, bi ou tridimensional e o elemento deformado em ~. Estende-se o conceito de "lado" de um elemento fmito representando canto, aresta, face ou volume. Associa-se funções de fonna hierárquicas a lados de um elemento e para uma malha refmada, defme-se uma dependência entre as bases associadas a lados adjacentes de níveis distintos. Descreve-se detalhadamente a defmição dos elementos hierárquicos e a construção das suas funções de forma. Demonstra-se que os elementos assim defmidos possuem a ordem p completa para o espaço de interpolação associado, independente da ordem p escolhida. Através da introdução dos "parâmetros variacionais" e das restrições entre funções de forma associadas a lados de elementos, consegue-se combinar de forma adaptativa qualquer um destes elementos. Mostra-se de forma teórica e prática que uma combinação adaptativa de elementos, ainda que de distintas dimensões, implica na obtenção de um espaço de elementos fmitos de funções contínuas. Relacionam-se os testes de qualificação para as ferramentas desenvolvidas / Abstract: A formal description of the multidimensional hp adaptive refmement process is developed. The concepts are implemented within the PZ object oriented environment for finite element programming. The concept of the geometric transformation defmes the mapping between a one-, two- or three dimensional master element and its defonned configuration in ~. The concept of a side is extended to inc1ude comers, tines, faces and volumes. Hierarchical shape functions are associated with sides and for adaptively refmed meshes, the concept of restrained shape functions is introduced. A detailed description of the construction process is given for the complete family of fmite elemento It is shown for each element that the space of interpolation for arbitrary order p is complete. U sing variational parameters associated with the sides of the elements and the restraints between shape functions of adaptive fmite element meshes, it is possible to use hp adaptivity on heterogeneous meshes. It is shown that shape functions of elements of different dimensions maintain continuity at their interfaces. Qualification tests and numerical examples are inc1uded to demonstrate the correctness of the approach / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Sonia Maria Gomes, Marco Antonio Raup / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-07-29T04:24:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Domingues_MargareteOliveira_D.pdf: 5573280 bytes, checksum: dfcb6290a8ced0d519ff2c2711dcf511 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Motivado pelos modelos de fenômenos em Meteorologia e áreas afins, o trabalho desta tese foi desenvolvido com o objetivo de formular um método numérico, com adaptabilidade espacial, adequado para a simulação computacional de problemas de equações diferenciais parciais evolutivas. Os resultados apresentados nesta pesquisa ressaltam as propriedades de detecção de estruturas singulares e compressão de dados, que são características das representações de funções e operadores em termos de bases wavelet Nesse sentido, numa primeira etapa foram avaliados diversos aspectos de aproximações no contexto de wavelets splines biortogonais. Do ponto de vista teórico, foram estudados o eITO de truncamento e o efeito da discretização na velocidade de fase e de grupo. Do ponto de vista computacional, foram avaliadas as representações esparsas de funções e de operadores diferenciais em multinível. Entre as várias estratégias analisadas, adotou-se um método híbrido wavelet + diferenças finitas em malhas adaptativas, com estrutura de blocos. Nesse método os coeficientes wavelets desempenham o papel de indicadores das regiões de refinamento. E a discretização dos operadores é feita por diferenças finitas usuais com espaçamento variável, de acordo com a escala de cada bloco da malha. Entre as razões dessa escolha, vale destacar a sua versatilidade, permitindo alterar, automaticamente, os níveis de refinamento durante a evolução temporal; a facilidade de lidar com condições de fronteiras e termos não lineares; e a estrutura de dados simplificada. Este trabalho resultou no desenvolvimento do programa WDF em OOP /C++ que executa esse método. Em princípio, dada uma precisão desejada, é possível fazer simulações com o refinamento requerido pela solução numérica. São apresentadas simulações 2D para a Equação de Advecção de um pulso, de Advecção-difusão de uma estrutura tipo frente-oblíqua e para o modelo não-linear de Burger / Abstract: Motivated by the phenomena models in Meteorology and similar areas, the work of this thesis was developed with the objective to fonnulate a numerical method, with space adaptabitity, suitable for the computational time evolution partial differencial equation simulation. The results presented in this research enhance the properties of detection of singular structures and data compression, characteristic of the representations of functions and operators in tenns of wavelet basis. Ip. this direction, in a first stage severa! aspects of approaches in the context of biorthogonal spline wavelets has been evaluated. From a theoretical point of view, the truncation error and the discretization effect on group and phase velocities has been studied. From the computational point of view, sparse representations has been evaluated for functions and diffrential operators in multilevel. Among severa! strategies analyzed, the hybrid method wavelet + tinite differences is adopted, in adaptative meshes, with block structure. In this method the wavelet coefficients play the role of pointers of the refinement regions, and the operators discretization is done by usual tinite difference schemes with a variable spacing, in accordance to the scale of each block of the mesh. Among the main reasons for this choice, were its versatility, allowing to modify, automatically, the refinement levels during the time evolution; the easiness to deal with boundary conditions and non-linear terms; and a simplified data structure. This work resulted in the development ofthe program WDF in OOP /C+ + that executes this method. In principIe, given a desired accuracy, it is possible to make simulations with the refinement required by the numerical solution. 2D simulations of the Equation of Advection of a pulse, Advection-diffusion of a structure type oblique front and for the non-linear Burger's model are presented. / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

Este trabalho apresenta um estudo a respeito do comportamento do solo durante a escavação de um túnel, com foco na metodologia de escavação mecanizada. São abordadas diretrizes para a modelagem numérica de túneis com o emprego de diferentes métodos de cálculo, distintos modelos constitutivos para representação do comportamento do solo e duas maneiras de se representar o revestimento da escavação. Alguns conceitos fundamentais relacionados a escavações de túneis de grande diâmetro em solo com o emprego de máquinas tuneladoras são descritos, como os tipos de máquinas existentes (com ênfase nas máquinas do tipo EPB - Earth Pressure Balance), princípios de funcionamento e modos de operação, além de uma comparação deste método com a metodologia sequêncial tradicional. É realizada uma revisão bibliográfica sobre distintos métodos de cálculo para estimar a estabilidade de uma escavação, a previsão da deformação no maciço e os esforços atuantes no revestimento do túnel. O trabalho também apresenta uma revisão de publicações recentes a respeito da modelagem numérica de túneis escavados mecanicamente, destacando algumas diferenças em relação à metodologia sequencial. Uma das diferenças é com relação à simulação do revestimento do túnel, com a possibilidade de se considerar as propriedades das juntas dos anéis. Outro ponto distinto é o método de cálculo empregado, levando em conta na simulação aspectos específicos da escavação mecanizada, como pressão de frente aplicada, vazio anelar e injeção de grout. É feita uma breve introdução e são apresentados os conceitos básicos de dois modelos constitutivos do solo: o modelo elastoplástico perfeito conhecido como Mohr-Coulomb e o modelo elastoplástico com endurecimento Hardening Soil. Utilizando alguns dos conceitos estudados na revisão bibliográfica, são realizadas análises numéricas bidimensionais retroanalisando um caso real de escavação com tuneladora. Foi utilizado o programa de elementos finitos Plaxis para realizar comparações entre os métodos de cálculo do alívio de tensões e da contração, além da simulação do revestimento com ou sem a consideração das juntas. Por fim é feita uma análise crítica dos resultados obtidos nas diferentes modelagens numéricas. / This research presents a study about the soil behavior during the excavation of a tunnel, focusing on the mechanized excavation methodology. Guidelines for the numerical modeling of tunnels with the use of different calculation methods, distinct constitutive models to characterize the soil behavior and two ways of representing the lining of the excavation are addressed. Relevant aspects regarding excavations of large diameter tunnels in soil with the use of TBM (Tunnel Boring Machine) are presented, like types of machines, with the focus on the Earth Pressure Balance (EPB) machines, fundamental concepts of the methodology and operation modes, besides a comparison of this method with the traditional sequential methodology. A literature review on different methods of calculation to estimate the excavation stability, the prediction of ground deformation and the efforts acting in the tunnel lining is made. The research also presents a review of recent publications regarding numerical modeling of mechanically excavated tunnels, highlighting some differences with the sequential method. One of these differences is related to the simulation of the tunnel lining, with the possibility of considering the properties of the ring joints. Another different point is the calculation method employed, considering in the simulation specific aspects of mechanized excavation, as front pressure applied, ring void and grout injection. A brief introduction is made about constitutive models to represent the soil behavior and the basic concepts of two constitutive soil models are presented: Mohr-Coulomb and Hardening Soil. Using some of the concepts studied in the literature review, it is performed two-dimensional numerical analysis with a back-analysis of a real case, using the finite element model program Plaxis, comparing the calculation methods of stress relieving and contraction, as well as the tunnel lining simulation with or without consideration of the joints. Finally, it is made a critical analysis of the results of the numerical simulations.

Orientador: Paulo José Rocha de Albuquerque / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-24T03:33:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_RodrigoAlvaresdeAraujo_M.pdf: 20346569 bytes, checksum: 2a3ad5986bc280522d41fc21e4bddad2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A concepção construtiva de um túnel está sempre relacionada a variação no estado de tensões do maciço e nos resultados de suas deformações e deslocamentos. Situação que se torna única ao analisar o objeto deste trabalho o Túnel de Acesso ao CAMG (Centro Administrativo de Minas Gerais), onde tem-se uma condição especial de escavação para o túnel absolutamente raso. O presente trabalho documenta as técnicas construtivas aplicadas no túnel de acesso à Cidade Administrativa de Minas Gerais, bem como realiza uma abordagem dos vários elementos de suporte utilizados durante sua execução. Os detalhes relativos à instrumentação são apresentados bem como as ações tomadas para corrigir as recalques observados. Além destes aspectos, foi realizada a modelagem numérica do túnel através do método dos elementos finitos por meio do software PHASES², utilizado para análises bidimensionais de escavações superficiais ou subterrâneas em solo e rocha. Por meio dos parâmetros de resistência mecânica obtidos, foi possível verificar os deslocamentos atuantes e as tensões para a configuração final da escavação. A plastificação do maciço também foi analisada assim com o fator de segurança adotado / Abstract: The constructive conception of a tunnel is always associated to the variation in the condition of stresses of the massif and in the results of its strains and displacements. This situation is unique in the case of the object of this work, the access tunnel to CAMG (Minas Gerais Administrative Center). This tunnel has a particular condition of excavation of an extremely shallow tunnel. This work documents the construction techniques used for the access tunnel to the administrative city of Minas Gerais. It also approaches various support elements used during the execution of the tunnel. The details relating to instrumentation are shown, as well as the actions taken to correct any settlements observed. Besides these aspects, numerical modeling of the tunnel was performed via the finite element method by means of the PHASES² software program, which is used for two-dimensional analyses of surface or underground excavations in soil and rock. By means of the mechanical resistance parameters obtained, it was possible to verify active displacements and stresses for the final configuration of the excavation. The plasticization of the massif was also analyzed as well as the safety factor adopted / Mestrado / Geotecnia / Mestre em Engenharia Civil