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[pt] Movimentos de terra em encostas frequentemente causam grandes prejuízos econômicos, ambientais, sociais e, com freqüência, perda de vidas humanas. O mecanismo que desencadeia o processo de movimentação geralmente ocorre em períodos de chuvas intensas, principalmente nas encostas com pouca cobertura vegetal ou naquelas que sofreram mudanças recentes na topografia, geralmente pela execução de cortes. Neste trabalho foram realizadas análises de estabilidade da um trecho da encosta da BR-376, que liga as cidades de Curitiba a Joinville no km 55+800 do oleoduto OSPAR da Transpetro. Em 1995, cortes executados para duplicação da rodovia provocaram instabilidade em certa área da encosta. Em janeiro de 1997, durante um período de fortes chuvas, um novo escorregamento da porção inferior do talude provocou a ruptura do muro existente e uma série de escorregamentos sucessivos, que chegaram a atingir a faixa dos oleodutos. Diante desse cenário, utilizou-se primeiramente o programa de elementos finitos PLAXIS para as análises de estabilidade e posteriormente, a fim de comparação, o programa Slope/W e Sigma/W. Para as análises no PLAXIS foi utilizado o hardening soil model para o solo, com os parâmetros sendo determinados através de ensaios triaxiais com amostras obtidas de dois blocos de solo coletados das encosta. Os efeitos da movimentação da encosta no oleoduto OSPAR foram analisados por programa 3D de elementos finitos, dando-se ênfase às tensões e deformações para se a fim de verificar a integridade do duto. / [en] In densely populated urban areas, landslides generally cause large economic, social and environmental damages as well as, quite frequently, the loss of human lives. The main triggering factor for soil slope failures is the occurrence of heavy rainfalls and the most affected slopes are those with little vegetal covering or that had suffered recent changes in topography, generally due to the execution of cuts and excavations. In this work, stability analyses of a soil slope located at km 55+800 of the Transpetro’s OSPAR oil pipeline were carried out In 1995, the works for the duplication of the BR-376 highway, connecting the cities of Curitiba and Joinville, caused some instability in certain area of the soil slope. Later, in January 1997, during a period of heavy rainfall, a new landslide near the slope toe provoked the failure of the existing retaining wall and triggered a series of successive slides that reached the protected area were the oil pipeline was buried. In order to better understand the mechanics involved in this process, numerical analyses were carried out using the computational programs Slope/W, Sigma/W and Plaxis v.8. The soil behavior was simulated considering the hard soil model, whose constitutive parameters were estimated from triaxial tests. The influence of soil movements on the OSPAR oil pipeline were investigated through a 3D finite element analysis, with emphasis on stress and strain distributions in order to check the pile line structural integrity.

Este trabalho apresenta resultados de ensaios laboratoriais e de análises paramétricas, realizadas através do método dos elementos finitos, para a avaliação do comportamento do geocomposto MacDrain 2S quando utilizado como elemento compressível na técnica da trincheira induzida para redução de tensões sobre estruturas enterradas. Mostra-se que este geocomposto fabricado pela Maccaferri América Latina, que tradicionalmente é aplicado em obras de drenagem, apresentou ótimo desempenho para o fim proposto, proporcionando redução de tensões sobre o conduto de até 85,5%. Mostra-se ainda que a utilização de uma camada de geotêxtil sobre o elemento compressível não implica em grandes benefícios de desempenho, o que torna sua utilização descartável. Os resultados experimentais, refinados através das análises numéricas, mostraram que a camada indutora deve ser posicionada o mais próximo possível do conduto, sendo que o número de camadas da inclusão pouco influencia na eficiência do sistema. Valores adequados de larguras das inclusões devem se situar numa faixa entre 2 e 2,5 vezes a distância entre a inclusão e o topo do conduto / This work presents results of laboratory tests and parametric analyses using the finite element method to evaluate the behavior of the MacDrain 2S geocomposite when used as compressible layer of the induced trench method to reduce vertical earth stress on buried structures. The analyses showed that this geocomposite, manufactured by Maccaferri América Latina, that traditionally is applied in drainage works, presented excellent behavior, providing stress reduction up to 85,5%. The results showed that the use of a geotextile layer located over the compressible element did not show a performance, what turns it dispensable. The experimental results, confirmed by the numeric analyses, showed that the compressible layer must be located as near as possible to the culvert crown, and the number of inclusion did not play important role on the system performance. Appropriate values of inclusion width must be situated between 2 and 2,5 times the distance between the geocomposite and the top of the conduit

O uso do solo como massa inercial para condicionamento térmico de edificações por contato direto é uma prática antiga, porém, seu uso como trocador de calor através de dutos enterrados, para ventilação natural de edificações é recente. A prática consiste em enterrar dutos a profundidades entre 0,5m e 1,5m – com extensões e diâmetros variáveis – por onde o ar circula do exterior para o interior dos ambientes através da ação do vento externo e da convecção natural. Durante o trajeto, o ar troca calor com o solo e ingressa no ambiente a temperaturas mais amenas. Embora seja um sistema já empregado na arquitetura bioclimática, existem poucos estudos conclusivos sobre a sua real eficácia. Dessa forma, o objetivo do trabalho é investigar o comportamento higrotérmico de uma edificação construída no sul do Brasil com o sistema e compreender a atuação dos fatores climáticos responsáveis pelo deslocamento de ar no seu interior. O estudo foi realizado através do monitoramento do Protótipo Ventura, localizado em Viamão (Brasil – 30º01'59"S, 51º13'48"W) no período de verão. No deslocamento de ar, foi estudada a influência do vento e da diferença de temperatura nos 2 diâmetros, nas 2 inclinações e nas 2 orientações dos dutos existentes, bem como a influência da chaminé solar. O desempenho higrotérmico foi avaliado comparando o ar na sala ventilada com uma sala de referência (de mesmas dimensões, porém de orientação distinta) e com o exterior. Os resultados demonstram que o solo de Viamão é eficiente para o condicionamento térmico da edificação, pois a pequenas profundidades, ele apresenta uma temperatura mais estável que o ar, próxima à média anual de temperatura do ar local (18ºC). Dessa forma, ao passar pelo duto, o ar externo é aquecido nos períodos frios e refrigerado nos períodos quentes, mantendo o ar interno próximo da zona de conforto. Também foi possível observar que o principal fator responsável pelo deslocamento de ar observado é o vento externo, porém as diferenças de temperatura entre as extremidades dos tubos, bem como entre o interior e exterior da edificação, não podem ser desprezadas, pois geram velocidades de mesma magnitude que o primeiro. Por fim, conclui-se que a ventilação da sala reduziu seu retardo térmico, porém não prejudicou o seu conforto térmico, apresentando inclusive uma redução de sua umidade interna. / The use of the ground as an inertial mass for thermal conditioning of buildings, such as the Italians cellars, is an old practice. However, its use as a heat exchanger with buried pipes for natural indoor ventilation is quite recent. The system uses pipes with variable length and diameter buried at a depth between 0.5m and 1.5m. The air flows trough the pipes from the outside to the inside by convection or wind effects. Although it’s already a bioclimatic architecture system, there are few conclusive studies about its real effectiveness. The objective of this study is to investigate the benefits of natural ventilation through buried pipes in a building located in the south of Brazil. A prototype building and a buried pipe system have been built and measured during a period in the summer of 2005-2006, in Viamão (30º 01'59"S, 51º13'48"W). The influence of the pipes diameter, inclination and orientation has been studied as well as the thermal comfort indoors. The system is efficient for thermal building conditioning and air renovation. At small depths, the ground presents a more steady temperature than the air, close to the annual average temperature (18ºC), cooling the air in hot days, warming it in cold nights – a similar effect is expected on a yearly period. The main factor responsible to the air flow is the outside wind, but the air temperature differences between the pipes, the room and the solar chimney edges are very relevant. The room ventilation reduces its thermal delay without interfering with its thermal performance, and also shows a decrease in its internal humidity.

O uso do solo como massa inercial para condicionamento térmico de edificações por contato direto é uma prática antiga, porém, seu uso como trocador de calor através de dutos enterrados, para ventilação natural de edificações é recente. A prática consiste em enterrar dutos a profundidades entre 0,5m e 1,5m – com extensões e diâmetros variáveis – por onde o ar circula do exterior para o interior dos ambientes através da ação do vento externo e da convecção natural. Durante o trajeto, o ar troca calor com o solo e ingressa no ambiente a temperaturas mais amenas. Embora seja um sistema já empregado na arquitetura bioclimática, existem poucos estudos conclusivos sobre a sua real eficácia. Dessa forma, o objetivo do trabalho é investigar o comportamento higrotérmico de uma edificação construída no sul do Brasil com o sistema e compreender a atuação dos fatores climáticos responsáveis pelo deslocamento de ar no seu interior. O estudo foi realizado através do monitoramento do Protótipo Ventura, localizado em Viamão (Brasil – 30º01'59"S, 51º13'48"W) no período de verão. No deslocamento de ar, foi estudada a influência do vento e da diferença de temperatura nos 2 diâmetros, nas 2 inclinações e nas 2 orientações dos dutos existentes, bem como a influência da chaminé solar. O desempenho higrotérmico foi avaliado comparando o ar na sala ventilada com uma sala de referência (de mesmas dimensões, porém de orientação distinta) e com o exterior. Os resultados demonstram que o solo de Viamão é eficiente para o condicionamento térmico da edificação, pois a pequenas profundidades, ele apresenta uma temperatura mais estável que o ar, próxima à média anual de temperatura do ar local (18ºC). Dessa forma, ao passar pelo duto, o ar externo é aquecido nos períodos frios e refrigerado nos períodos quentes, mantendo o ar interno próximo da zona de conforto. Também foi possível observar que o principal fator responsável pelo deslocamento de ar observado é o vento externo, porém as diferenças de temperatura entre as extremidades dos tubos, bem como entre o interior e exterior da edificação, não podem ser desprezadas, pois geram velocidades de mesma magnitude que o primeiro. Por fim, conclui-se que a ventilação da sala reduziu seu retardo térmico, porém não prejudicou o seu conforto térmico, apresentando inclusive uma redução de sua umidade interna. / The use of the ground as an inertial mass for thermal conditioning of buildings, such as the Italians cellars, is an old practice. However, its use as a heat exchanger with buried pipes for natural indoor ventilation is quite recent. The system uses pipes with variable length and diameter buried at a depth between 0.5m and 1.5m. The air flows trough the pipes from the outside to the inside by convection or wind effects. Although it’s already a bioclimatic architecture system, there are few conclusive studies about its real effectiveness. The objective of this study is to investigate the benefits of natural ventilation through buried pipes in a building located in the south of Brazil. A prototype building and a buried pipe system have been built and measured during a period in the summer of 2005-2006, in Viamão (30º 01'59"S, 51º13'48"W). The influence of the pipes diameter, inclination and orientation has been studied as well as the thermal comfort indoors. The system is efficient for thermal building conditioning and air renovation. At small depths, the ground presents a more steady temperature than the air, close to the annual average temperature (18ºC), cooling the air in hot days, warming it in cold nights – a similar effect is expected on a yearly period. The main factor responsible to the air flow is the outside wind, but the air temperature differences between the pipes, the room and the solar chimney edges are very relevant. The room ventilation reduces its thermal delay without interfering with its thermal performance, and also shows a decrease in its internal humidity.

Este trabalho apresenta resultados de ensaios laboratoriais e de análises paramétricas, realizadas através do método dos elementos finitos, para a avaliação do comportamento do geocomposto MacDrain 2S quando utilizado como elemento compressível na técnica da trincheira induzida para redução de tensões sobre estruturas enterradas. Mostra-se que este geocomposto fabricado pela Maccaferri América Latina, que tradicionalmente é aplicado em obras de drenagem, apresentou ótimo desempenho para o fim proposto, proporcionando redução de tensões sobre o conduto de até 85,5%. Mostra-se ainda que a utilização de uma camada de geotêxtil sobre o elemento compressível não implica em grandes benefícios de desempenho, o que torna sua utilização descartável. Os resultados experimentais, refinados através das análises numéricas, mostraram que a camada indutora deve ser posicionada o mais próximo possível do conduto, sendo que o número de camadas da inclusão pouco influencia na eficiência do sistema. Valores adequados de larguras das inclusões devem se situar numa faixa entre 2 e 2,5 vezes a distância entre a inclusão e o topo do conduto / This work presents results of laboratory tests and parametric analyses using the finite element method to evaluate the behavior of the MacDrain 2S geocomposite when used as compressible layer of the induced trench method to reduce vertical earth stress on buried structures. The analyses showed that this geocomposite, manufactured by Maccaferri América Latina, that traditionally is applied in drainage works, presented excellent behavior, providing stress reduction up to 85,5%. The results showed that the use of a geotextile layer located over the compressible element did not show a performance, what turns it dispensable. The experimental results, confirmed by the numeric analyses, showed that the compressible layer must be located as near as possible to the culvert crown, and the number of inclusion did not play important role on the system performance. Appropriate values of inclusion width must be situated between 2 and 2,5 times the distance between the geocomposite and the top of the conduit

O uso do solo como massa inercial para condicionamento térmico de edificações por contato direto é uma prática antiga, porém, seu uso como trocador de calor através de dutos enterrados, para ventilação natural de edificações é recente. A prática consiste em enterrar dutos a profundidades entre 0,5m e 1,5m – com extensões e diâmetros variáveis – por onde o ar circula do exterior para o interior dos ambientes através da ação do vento externo e da convecção natural. Durante o trajeto, o ar troca calor com o solo e ingressa no ambiente a temperaturas mais amenas. Embora seja um sistema já empregado na arquitetura bioclimática, existem poucos estudos conclusivos sobre a sua real eficácia. Dessa forma, o objetivo do trabalho é investigar o comportamento higrotérmico de uma edificação construída no sul do Brasil com o sistema e compreender a atuação dos fatores climáticos responsáveis pelo deslocamento de ar no seu interior. O estudo foi realizado através do monitoramento do Protótipo Ventura, localizado em Viamão (Brasil – 30º01'59"S, 51º13'48"W) no período de verão. No deslocamento de ar, foi estudada a influência do vento e da diferença de temperatura nos 2 diâmetros, nas 2 inclinações e nas 2 orientações dos dutos existentes, bem como a influência da chaminé solar. O desempenho higrotérmico foi avaliado comparando o ar na sala ventilada com uma sala de referência (de mesmas dimensões, porém de orientação distinta) e com o exterior. Os resultados demonstram que o solo de Viamão é eficiente para o condicionamento térmico da edificação, pois a pequenas profundidades, ele apresenta uma temperatura mais estável que o ar, próxima à média anual de temperatura do ar local (18ºC). Dessa forma, ao passar pelo duto, o ar externo é aquecido nos períodos frios e refrigerado nos períodos quentes, mantendo o ar interno próximo da zona de conforto. Também foi possível observar que o principal fator responsável pelo deslocamento de ar observado é o vento externo, porém as diferenças de temperatura entre as extremidades dos tubos, bem como entre o interior e exterior da edificação, não podem ser desprezadas, pois geram velocidades de mesma magnitude que o primeiro. Por fim, conclui-se que a ventilação da sala reduziu seu retardo térmico, porém não prejudicou o seu conforto térmico, apresentando inclusive uma redução de sua umidade interna. / The use of the ground as an inertial mass for thermal conditioning of buildings, such as the Italians cellars, is an old practice. However, its use as a heat exchanger with buried pipes for natural indoor ventilation is quite recent. The system uses pipes with variable length and diameter buried at a depth between 0.5m and 1.5m. The air flows trough the pipes from the outside to the inside by convection or wind effects. Although it’s already a bioclimatic architecture system, there are few conclusive studies about its real effectiveness. The objective of this study is to investigate the benefits of natural ventilation through buried pipes in a building located in the south of Brazil. A prototype building and a buried pipe system have been built and measured during a period in the summer of 2005-2006, in Viamão (30º 01'59"S, 51º13'48"W). The influence of the pipes diameter, inclination and orientation has been studied as well as the thermal comfort indoors. The system is efficient for thermal building conditioning and air renovation. At small depths, the ground presents a more steady temperature than the air, close to the annual average temperature (18ºC), cooling the air in hot days, warming it in cold nights – a similar effect is expected on a yearly period. The main factor responsible to the air flow is the outside wind, but the air temperature differences between the pipes, the room and the solar chimney edges are very relevant. The room ventilation reduces its thermal delay without interfering with its thermal performance, and also shows a decrease in its internal humidity.

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[pt] Neste trabalho apresenta-se uma metodologia de análise do comportamento mecânico de dutos enterrados usados no transporte de gás e outros fluidos sujeitos a cargas dinâmicas. Em especial são considerados carregamentos provocados por sismos. Emprega-se uma modelagem em elementos finitos com base em uma discretização com elementos especiais de viga para modelar o duto. Não linearidades geométricas e do material são consideradas numa formulação Lagrangeana total. As equações de equilíbrio são formuladas a partir do principio dos trabalhos virtuais, segundo as componentes de tensão e deformação no elemento viga-duto. A técnica do Módulo Reduzido de Integração Direta (RMDI) é empregada na qual se incorpora o comportamento elasto-plástico do material. Esta abordagem exclui da análise os efeitos do enrugamento nas paredes do duto. As matrizes para resolução por elementos finitos dessas equações são derivadas. Nessa metodologia os efeitos da interação solo-duto são incorporados. O solo é modelado através de elementos bidimensionais considerando um modelo constitutivo Linear- Equivalente, acoplados ao duto por meio de elementos de interface localizados entre o duto e o solo. Finalmente são considerados contornos artificiais amortecidos para possibilitar a representação do problema através de um trecho finito. Foram usados para as análises históricos de acelerações do tipo sismo, entre estes o sismo ocorrido em Pisco-Perú no ano 2007. Desenvolve-se um programa para computador segundo a metodologia apresentada. Finalmente são estudados alguns exemplos com o objetivo de avaliar numericamente os resultados da análise obtidos e formular algumas conclusões sobre o comportamento de dutos enterrados sujeitos a cargas dinâmicas. / [en] This work presents a numerical methodology for the analysis of buried pipes employed by the transport of oil and gas subject to dynamic loads. Emphasis is given to seismic loads. A finite element model based on a special class of beam element for the pipe representation is employed. Both geometric and material nonlinearities are considered in a total Lagrangean formulation. The equilibrium equations are formulated based on the virtual work principle considering the stress and deformation components of the beam-pipe element. The Reduced Modulus Direct Integration (RMDI) technique is employed by which the elasto-plastic material behavior is incorporated. This technique excludes from the analysis the local buckling effects of the pipe walls. The corresponding finite element matrices for this element are obtained. In this methodology the effects of the constant internal pressure as well as the soil-pipe interaction are included. The soil is modeled through two-dimensional elements with material behavior described through a linear equivalent model. Interface elements couple beam-pipe elements with soil elements and account for soil-pipe interaction. Finally silent boundary elements are incorporated to the model to reproduce the semi-infinite boundary conditions in the finite size model. Distributed loads are considered constant with respect to the global axis. Acceleration histories are applied to simulate seismic dynamic loads among which the acceleration histories of the earthquake which occurred in Pisco-Perú in 2007. A finite element computer code is developed according to the methodology presented. Some examples are studied with the objective to evaluate numerically the analysis results and to formulate some conclusions to the behavior of buried pipes subject to seismic loads.

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