Ingeniero Civil / El presente trabajo de título analiza el método de consolidación por vacío y su aplicabilidad para el mejoramiento de un relave integral. El estudio se basa en la comparación de resultados obtenidos a partir de un modelo experimental, modelaciones numéricas de elementos finitos y soluciones analíticas recopiladas de la literatura técnica. El modelo experimental aplica succión generada por una bomba de vacío sobre una columna de relave integral saturado y monitorea la evolución temporal de la deformación vertical, simulando la aplicación de esta técnica en suelos depositados en la cubeta de un tranque de relaves. Además, se realizan simulaciones numéricas de elementos finitos con el software Abaqus para reproducir las condiciones del modelo experimental y poder capturar las mediciones de laboratorio. El comportamiento elasto-plástico del material se simula con el modelo constitutivo Cam-Clay Modificado (MCCM). La calibración de los parámetros de compresibilidad y de conductividad hidráulica del material se realiza con ensayos de laboratorio considerando dos estados de depositación y otros parámetros se adoptan de los trabajos de Cifuentes y Verdugo (2007) y Conejera (2016). La aplicación de -80 kPa de vacío induce deformaciones verticales en la columna de relave integral que son equivalentes a las inducidas por la aplicación de 3,5 - 4 metros de material de relleno. El fenómeno de consolidación de vacíos se puede simular numéricamente con un software de elementos finitos y el uso de un modelo constitutivo elasto-plástico, como Cam-Clay Modificado (MCCM). Los parámetros críticos para modelar apropiadamente el fenómeno son los parámetros de compresibilidad y la conductividad hidráulica del material. Si bien estos parámetros se pueden estimar con ensayos estándares de laboratorio, se requieren algunos ajustes para estimar el asentamiento máximo y el tiempo de consolidación.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Debora Freitas de Sousa (deborahera@gmail.com) on 2009-08-18T17:43:53Z No. of bitstreams: 1 Tese_AdrianoFrutuosoSilva.pdf: 3627822 bytes, checksum: f2a5d7ae41f28d53c14218be8867eab4 (MD5) / Approved for entry into archive by Tania Milca Carvalho Malheiros(tania@bce.unb.br) on 2009-08-19T11:50:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_AdrianoFrutuosoSilva.pdf: 3627822 bytes, checksum: f2a5d7ae41f28d53c14218be8867eab4 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-08-19T11:50:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_AdrianoFrutuosoSilva.pdf: 3627822 bytes, checksum: f2a5d7ae41f28d53c14218be8867eab4 (MD5) Previous issue date: 2007-08-16 / As barragens de enrocamento com face de concreto (BEFC) têm sido construídas com freqüência crescente em todo mundo. Apesar disso, os critérios de projeto são ainda predominantemente empíricos baseados na experiência prática obtida de obras já construídas. A utilização da análise numérica ainda não é uma ferramenta usual para o desenvolvimento e dimensionamento desse tipo de barragem. Visando reduzir o empirismo dos projetos, a presente pesquisa propõe uma metodologia para análise do comportamento de BEFC e dimensionamento estrutural da laje, baseada nos seguintes aspectos: análise numérica tridimensional de todas as fases de projeto da barragem (construção, enchimento e rebaixamento); comportamento conjunto do maciço e face de concreto; elemento de interface para representar o contato entre essas estruturas; simulação separada da laje com elementos de placas sobre base elástica, usando coeficientes de recalque calibrados a partir das análises numéricas para fase de enchimento. Para validação dessa metodologia foi feita uma análise da barragem Barra Grande. Nessas análises, o enrocamento foi modelado com modelo elastoplástico Cam-Clay modificado, a laje com o modelo elástico linear e a interface foi representada por um modelo elástico-perfeitamente plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager. Os resultados permitiram observar a influência do processo construtivo, das condições de contorno impostas na interface maciço-ombreira e da mudança de inclinação do talude da ombreira no comportamento da barragem e da laje, resultando em um dimensionamento da laje mais otimizado em termo de taxa de armadura. Portanto, este trabalho apresenta-se como mais um avanço no sentido de propiciar projetos de BEFC mais elaborados, baseados em fundamentos técnicos racionais. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Concrete Face Rockfill Dams (CFRD) have been constructed with increasing frequency all around the world. However, design criteria still are mostly empirical and based on practical experience obtained during the construction of this type of dam. The use of numerical analyses is not yet a usual tool in the development and design of CFRD. Aiming to reduce the design empiricism, this research proposes a methodology to analyze the CFRD behavior and to design the structural concrete face, based on the following aspects: three-dimensional numerical analysis of all design phases (construction, reservoir filling and rapid drawdown); associated analysis of the concrete face and the rockfill dam mass; interface element to represent the contact between these structures; separated analysis of concrete face with plate elements over an elastic bases, using settlement coefficients calibrated from the numerical analysis during reservoir filling phase. The methodology was validated using Barra Grande Dam as a case study. In these analyses, the rockfill was simulated with the Modified Cam- Clay elastoplastic model, the concrete face with a linear elastic model and the interface represented by an elastic-perfectly plastic model with the Drucker-Prager failure criterion. The results highlight the influence of the construction process, imposed boundary conditions on the shoulders interface and the changes in shoulder slope on the whole dam behavior, resulting in an optimized concrete face design regarding the rate of steel reinforcement. Therefore, this research represents a contribution to CFRD design, based on a rational technical framework.

[pt] A predição da permeabilidade é uma etapa crítica no fluxo de caracterização e modelagem geológica de reservatórios e essencial para o desenvolvimento de projetos de produção. Estruturas subsísmicas denominadas bandas de deformação (BD) podem diminuir a permeabilidade em até seis ordens de grandeza em relação à rocha matriz de reservatórios areníticos e podem, dessa forma, atuar como barreiras totais ou parciais ao fluxo de fluidos. O presente trabalho pretende contribuir na determinação do comportamento hidráulico de reservatórios propondo um modelo geomecânico analítico para a predição de BD em reservatórios de arenitos. Em termos práticos, o objetivo é prever se em uma determinada porção de um depósito siliciclástico de hidrocarboneto foram atingidas condições para a formação de BD, ou quão próximo se está de uma possível geração dessa feição a fim de se sugerir uma análise da redução de permeabilidade. A proposta se estende na implementação computacional do método e sua aplicação em um estudo de caso de um reservatório arenítico pouco consolidado da margem continental brasileira rico em BD. Os resultados confirmaram a viabilidade do método mostrando que a porção do reservatório analisada atingiu as condições mecânicas para a gênese de BD a partir da idade geológica intitulada de Oligoceno (~ 23 a 35 Ma) para os cenários estabelecidos. / [en] The permeability prediction is a critical step in the flow of geological modeling and reservoir characterization and is essential for the development of production projects. Sub-seismic structures called deformation bands (BD) can reduce permeability up to six orders of magnitude in relation to the host reservoir sandstone and can thus act as total or partial barriers to the fluid flow. The present work intends to contribute in the determination of the hydraulic behavior of reservoirs proposing an analytical geomechanical model for BD s prediction in sandstone reservoirs. In practical terms, the objective is to predict whether the conditions in a given portion of a siliciclastic hydrocarbon deposit have been reached for the localization of BD or how close it is to a possible generation of this feature in order to suggest an analysis of the permeability reduction. The proposal extends to the computational implementation of the method and its application in a case study of a poorly consolidated sandstone reservoir on the brazilian continental margin, rich in BD. The results confirmed the viability of the method by showing that the portion of the analyzed reservoir reached the mechanical conditions for the genesis of BD from the geological age entitled Oligocene (~ 23 to 35 Ma) for the established scenarios.

[pt] O presente trabalho tem como objetivo a implementação e avaliação de um modelo constitutivo para solos reforçados com fibra (compósito). A principal característica do modelo constitutivo implementado é que cada material (matriz de solo e fibra) segue sua própria lei constitutiva e ao mesmo tempo interagem entre si. Utilizando um algoritmo explícito, são implementados os modelos Cam Clay Modificado e Lade-Kim para a matriz de solo, cuja verificação é feita mediante o programa PLAXIS 2D e curvas tensão-deformação obtidas da literatura, respectivamente. Posteriormente, é adicionado o comportamento da fibra no desenvolvimento das tensões no compósito e verificado mediante a comparação das curvas tensão-deformação com as apresentadas por Diambra et al. (2013). As linguagens de programação utilizadas neste trabalho foram duas, a primeira é a utilizada no programa MATLAB, onde os códigos dos modelos são verificados e validados em relação à um conjunto de ensaios triaxiais de areia reforçada com fibra. Posteriormente foi usada a linguagem de programação FORTRAN para incluir o modelo constitutivo para solo reforçado com fibras no programa de elementos finitos ABAQUS, através da sub-rotina UMAT. Porém, para a implementação na sub-rotina UMAT os códigos dos modelos implementados no MATLAB sofrem algumas modificações com a finalidade de que o ABAQUS consiga compilar e representar adequadamento o comportamento do modelo constitutivo, mediante a correta utilização de vetores e propriedades desta. Finalmente, são modelados ensaios triaxiais drenados para verificar que a implementação mediante a sub-rotina UMAT é satisfatória. / [en] The present work aims to implement and evaluate a constitutive model for fiber-reinforced soils (composite). The main characteristic of the constitutive model implemented is that each material (soil and fiber matrix) follows its own constitutive law and at the same time interact with each other. Using an explicit algorithm, the Cam Clay Modified and Lade-Kim models are implemented for the soil matrix, verified by the PLAXIS 2D software and stress-strain curves obtained from the literature, respectively. Later, it is included the behavior of the fiber in the development of the stresses in the composite and verified by the comparison of the stress-strain curves with those presented by Diambra et al. (2013). The programming languages used in this work were two, the first one is the one used in the MATLAB program, where the codes of the models are verified and validated in relation to a set of triaxial tests of fiber-reinforced sands. Later the programming language was converted into FORTRAN to include the constitutive model for fiber reinforced soil in the ABAQUS finite element software, through the UMAT subroutine. However, for the implementation in the UMAT subroutine the codes of the models implemented in MATLAB undergo some modifications in order that ABAQUS can compile and represent adequately the behavior of the constitutive model through the correct use of vectors and its properties. Finally, drained triaxial tests are modeled to verify that the implementation through the UMAT subroutine is satisfactory.