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Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor José Couto Marques

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Instituto Superior Técnico. Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina. Universidade do Porto. 2008

Ingeniero Civil / La ingeniería civil en Chile está constantemente generando avances en diseño y modelación de estructuras. En este sentido, los softwares de análisis estructural son herramientas muy importante y ampliamente utilizadas en el rubro. El objetivo de este trabajo es dejar una contribución a una de estas plataformas, SAFE_TB. Ésta fue creada por Rojas en 2012 y ha sido utilizada en docencia e investigación hasta la fecha. El objetivo de este trabajo es complementar la plataforma SAFE_TB implementando una nueva opción de análisis, el análisis modal espectral. Este es una metodología simplificada de análisis dinámico muy utilizada en diseño. Muchas normas alrededor del mundo recomiendan su uso, incluida la norma de diseño sísmico de edificios en Chile, NCh 433. La plataforma SAFE_TB, se encuentra desarrollada utilizando la metodología de programación orientada a objetos, por lo tanto, todas las clases incorporadas para el desarrollo del análisis deben ser compatibles con las clases originales. También la organización de las funciones del análisis modal espectral, siguen la estructura de los demás tipos de análisis ya incorporados a la plataforma. Paralelo al desarrollo del análisis, se desea incorporar a la plataforma, la opción de incluir restricciones de puntos múltiples del tipo diafragma rígido. Estas, son ampliamente utilizadas ya que asimilan el comportamiento de las losas de hormigón armado en edificios.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-05-06T15:38:51Z No. of bitstreams: 1 2015_GustavoCatãoSilvaNascimento.pdf: 10604656 bytes, checksum: ef4c725959a3eb98d67363127eb82e89 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-16T21:28:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_GustavoCatãoSilvaNascimento.pdf: 10604656 bytes, checksum: ef4c725959a3eb98d67363127eb82e89 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-16T21:28:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_GustavoCatãoSilvaNascimento.pdf: 10604656 bytes, checksum: ef4c725959a3eb98d67363127eb82e89 (MD5) / A questão da configuração e disponibilidade do recurso hídrico subterrâneo poderá ser uma variável relevante, ou até mesmo fundamental, no que tange à sustentabilidade de um empreendimento minerário. A relação entre a mina e o meio hídrico subterrâneo pode se dar de forma direta, seja pela necessidade nos processos e atividades do empreendimento em si, em caso de baixa disponibilidade e/ou dificuldade de captação das águas superficiais, seja pela sua interação do ponto de vista operacional/ambiental, no caso em que houver a necessidade de desaguamento da mina para viabilizar a produção. Não há dúvida que o reconhecimento prévio do meio hídrico subterrâneo deve ser desenvolvido desde o Estudo de Viabilidade e Engenharia Conceitual até o encerramento do empreendimento, pois deverá ficar bem definido como será a melhor maneira e qual será o custo do gerenciamento deste recurso até o término de suas atividades. Neste contexto, este trabalho constituiu um Estudo de Reconhecimento e procurou fornecer informações relevantes para o gerenciamento dos recursos hídricos com a instalação de uma mina de zinco e chumbo pela Votorantim Metais S/A no município de Caçapava do Sul, estado do Rio Grande do Sul. Foi concebido um modelo conceitual para área de estudo utilizando-se metodologias não clássicas e foi também implementado um modelo matemático numérico para simulação do máximo rebaixamento que poderá ser aplicado na área, tendo em vista o plano de lavra fornecido pela empresa e o modelo conceitual proposto. As simulações foram realizadas no software FEFLOW®, que utiliza solução numérica pelo método de elementos finitos. Foram realizadas análises em duas abordagens, uma determinística em que foram considerados os valores médios dos parâmetros coletados em campo, e outra probabilística segundo o Método das Estimativas Pontuais. A integração de todos os dados e resultados permitiu propor um modelo aquífero do tipo fraturado e que apresentam recargas e valores de condutividade hidráulica modestos, respectivamente, da ordem de 5% da precipitação e 10-8 m/s. Além disto, foi possível determinar a área de influência do rebaixamento chegando a um valor de 7 a 11 km2 oriundo de um bombeamento de cerca de 80 m3/h estimado pelo método determinístico e de 42 m3/h pelo Método das Estimativas Pontuais. Verificou-se ainda que o impacto se restringirá às pequenas microbacias de entorno do local onde pretende-se instalar a cava principal da mina, foi estimada uma redução de vazão nos cursos d’água de cerca de 40%, pelo método determinístico e 32% pelo método probabilístico. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The question related to the configuration and availability of the groundwater resource may be a relevant variable, or even fundamental, in respect to the mine sustainability. The relationship between the mine and the groundwater can be directly associated, according to the processes needs and business activities, in cases of low availability or difficulties related to surface water supply, or even by their interaction in operational/environmental scenarios, in cases of mine dewatering aiming production feasibility. There is no doubt that the previous recognition of the groundwater features may be developed from the Feasibility Study and Conceptual Modeling to the mine closure, because it is necessary to be well known which one is going to be the best way and how much will be the management cost until the end of the business activities. On this context, the present research constitutes a Initial Study and looks forward to provide relevant information for the Water Resources Management with the possibility of installation of a zinc and lead mine by the Votorantim Metais S/A in the city of Caçapava do Sul, Rio Grande do Sul state, Brazil. A conceptual model was designed to the studied area using non-classics methods and a mathematical numerical model was implemented in order to simulate the maximum water table drawdown that may be applied in the area, owing to the mining plan provided by the company and conceptual model proposed. The simulations were done by the software FEFLOW® by the use of the finite element method. Two different approaches were performed, one deterministic which considered the average values for the parameters collected on the field, and the other probabilistic according to the Point Estimate Method. The integration of all data and outcomes resulted in a fractured aquifer model proposal. This model presents recharges and low hydraulic conductivity values, around 5% of precipitation and 10-8 m/s, respectively. Furthermore, it was possible to determine the water drawdown influence area, that goes from 7 up to 11 km2 resulted from an estimated pumping of 80 m3/h provided by the deterministic method and 42m3/h by the Point Estimate Method. In addition, it was possible to verify that the impact will be restricted to the micro basins surrounding the pit area. The flow reduction in streams is around 40% by the deterministic method and 32% by the probabilistic method.

Neste trabalho foi desenvolvido um programa computacional para resolver problemas elastoplásticos com deformações finitas utilizando o método dos elementos finitos. São consideradas pequenas deformações elásticas, grandes rotações e deformações plásticas. Foram implementados os elementos triangular de três nós e quadrilátero de quatro nós isoparamétricos para problemas de estado plano de tensões e deformações, quadrilátero de quatro nós isoparamétricos pra problemas axissimétricos e tridimensional de oito nós isoparamétricos Foi utilizado na solução um método incremental com correção do equilíbrio. O material foi considerado com endurecimento isótropo e seguindo o critério de von Mises. Foram feitas comparações com resultados experimentais e entre elementos. / In this work a computational procedure for problems of large elastic-plastic deformations using the finite-element method was developed. Small elastic deformations, large rotations and plastic deformations were considered. The material was considered to follow the von Mises yeld condition an having isotropic hardening. Comparisons between elements and with experimental results were done.

Elementos estruturais de aço são comumente utilizados nas mais variadas áreas da engenharia. No Brasil, as normas de dimensionamento ABNT NBR8800 e ABNT NBR14762 têm recebido atualizações que as tornam mais modernas e alinhadas com as tendências atuais de metodologias de projeto. Nos últimos anos, os métodos computacionais têm aumentado sua confiabilidade como ferramentas de cálculo não só na obtenção de esforços e deslocamentos considerando os sistemas lineares, como também no cálculo das ações que produzem o colapso de estruturas de aço. As normas não podem ficar alheias a essa etapa de transição, entre os métodos de dimensionamento tradicionais e os que utilizam essas ferramentas computacionais, portanto, existem em algumas normas, metodologias híbridas que permitem aliar soluções numéricas com expressões analíticas, tais como: (i) a norma ABNT NBR8800 para dimensionamento de perfis laminados e soldados, que permite através da seção 5.5.2.3 o dimensionamento de elementos constituídos por seções quaisquer, possibilitando o dimensionamento de elementos não convencionais e de geometria complexa, que por sua vez utiliza métodos numéricos aliados com expressões analíticas; (ii) a norma NBR14762 para o dimensionamento de perfis formados a frio a qual permite utilizar o método da resistência direta, que combina curvas analíticas ajustadas através de ensaios experimentais com métodos numéricos que permitem a determinação das cargas críticas de flambagem elástica. Este estudo explora esses métodos híbridos, analisando criticamente os resultados obtidos e comparando estes com resultados obtidos através de outros métodos. Nesse intuito, foram realizados os cálculos para cinco aplicações diferentes, de maneira a explorar as capacidades das metodologias empregadas, possibilitando, assim, a análise e o debate sobre estas. Para isso, foram estudados três perfis convencionais: perfil I, perfil caixão e perfil C, procurando analisar vários modelos, com diferentes particularidades. Na última aplicação, realiza-se uma análise para a seção mestra de uma embarcação, aplicando, assim, os cálculos para uma estrutura de geometria não convencional e, por fim, os resultados obtidos são discutidos. / Structural steel elements are commonly used in several areas of engineering. In Brazil, the standards of steel design ABNT NBR8800 and ABNT NBR14762 have received updates which make them modern and in line with current trends of design methodologies. In recent years, computational methods have increased its reliability as calculation tools not only in linear analysis to obtain forces and displacements, as well as in the calculation of the loads that produce the collapse of steel structures. The rules from standards cannot get beyond this stage of transition between the traditionally methods and others that use computational tools, in some standards hybrid methodologies are exposed that enable numerical solutions combined with analytical expressions such as: (i) the NBR8800 standard for rolled and builtup sections, which allows the use of item 5.5.2.3 for non-prismatic sections, allowing the design of unconventional elements and complex geometry, which in turn uses numerical methods allies with analytical expressions; (ii) the NBR14762 standard for the design of coldformed sections which allows to use the Direct Strength Method (DSM), which combines analytical curves adjusted through experimental tests with numerical methods that allow the determination of elastic buckling critical loads. This study explores these both hybrid methods, analyzing critically the results obtained and comparing these with results obtained by analytical methods. In lieu of that objective, five different numerical applications were developed, in order to explore the capabilities of the methodologies employed, allowing, thus, the analysis and the discussion on these numerical tools. Three conventional section were studied: Wide Flange (I section), box section and C section, with different alternatives. In the latest application a vessel section is studied and, thus, the calculations for an unconventional geometry structure. Finally, the results obtained are discussed.

Este trabalho apresenta um conjunto de técnicas para a modelagem paramétrica e geração de malhas de superfícies para uso em sistemas de análise e simulações numéricas pelo Método dos Elementos Finitos. Foram desenvolvidos algoritmos para a geração paramétrica de superfícies, para a determinação das curvas de interseções entre superfícies e para a geração de malhas em superfícies curvas e recortadas. Foram implementas linhas e curvas paramétricas básicas, a partir das quais são geradas superfícies paramétricas de vários tipos que proporcionam uma grande flexibilidade de modelamento geométrico. Curvas e superfícies são geradas e manipuladas de forma interativa. São apresentadas técnicas que simplificam a implementação de linhas e superfícies paramétricas. Foi desenvolvido um algoritmo para determinar as curvas de interseção entre superfícies paramétricas, que são utilizadas como linhas de recorte (trimming lines) para obter geometrias complexas e compostas de várias superfícies. O algoritmo desenvolvido emprega técnicas de subdivisão adaptativa, por quadtrees, em função da curvatura local das superfícies. Primeiramente, obtém-se uma aproximação das curvas de interseção no espaço 3D, através da aproximação por triângulos. Os resultados iniciais são refinados e projetados sobre as duas superfícies envolvidas com algoritmos que permitem obter grande precisão. As curvas de interseção finais são mapeadas nos espaços paramétricos das duas superfícies, porém com uma parametrização única, o que facilita a junção com superfícies adjacentes Um algoritmo de geração de malha foi desenvolvido para gerar malhas triangulares de qualidade sobre as superfícies curvas e recortadas. O algoritmo utiliza um processo de subdivisão adaptativa por quadtrees, similar ao utilizado no algoritmo de interseção, para definir tamanhos de elementos em função da curvatura local. Em seguida, aplica-se um algoritmo tipo advancing front para gerar a malha sobre a superfície. Os algoritmos foram implementados e testados em um ambiente gráfico interativo especialmente desenvolvido para este trabalho. São apresentados vários exemplos que comprovam a eficiência das técnicas e algoritmos propostos, incluindo exemplos de matrizes de conformação mecânica para uso com código de análise METAFOR, análise de sensibilidade para otimização de pré-formas e de modelagem de superfícies compostas recortadas com geração de malhas de qualidade, para uso em análise por Elementos Finitos ou como contorno para geração de elementos tridimensionais.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil, 2015. / Submitted by Tania Milca Carvalho Malheiros (tania@bce.unb.br) on 2015-11-27T13:31:19Z No. of bitstreams: 1 2015_SaraBrígidaSaraivadosSantos.pdf: 1158875 bytes, checksum: e992b63766c5cb8fcf03610d3527ca26 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-01-26T12:10:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_SaraBrígidaSaraivadosSantos.pdf: 1158875 bytes, checksum: e992b63766c5cb8fcf03610d3527ca26 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-26T12:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_SaraBrígidaSaraivadosSantos.pdf: 1158875 bytes, checksum: e992b63766c5cb8fcf03610d3527ca26 (MD5) / A presente dissertação apresenta a aplicação de um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo para simulação numérica do comportamento de materiais quase-frágeis submetidos a ações mecânicas ou não mecânicas, por meio da redução de rigidez do material e de suas propriedades de resistência. O modelo de dano isotrópico apresentado utiliza duas variáveis escalares de danos, uma para representar a degradação do concreto quando sujeito a tensões de tração e outra para a mesma situação sobre compressão. O comportamento da armadura é simulado numericamente como um modelo elastoplástico unidimensional no qual são levados em consideração os efeitos do endurecimento isotrópico e cinemático do material. O modelo utiliza o algoritmo de integração implícita e explicita (IMPLEX); e é aplicado em análises de estruturas de concreto armado utilizando-se o método dos elementos finitos, no qual os elementos estruturais de concreto armado sãodiscretizados através de uma malha com elementos finitos para representar o concreto, bem como as armaduras. Para a validação dos resultados quanto à capacidade do modelo computacional implementado de representar os principais aspectos do comportamento de materiais quase-frágeis, analisam-se testes numéricos comparando-os com resultados de ensaios experimentais realizados que serão apresentados e discutidos neste trabalho. / This dissertation presents a constitutive model based on the Continuum Damage Mechanics to enable a numerical simulation of quasi-brittle materials behavior when submitted to mechanical and non mechanical actions through the reduction of the material stiffness and its resistance properties. The damage model presented makes use of two scalar damage variables, one to represent the degradation of concrete when under tensile stress and another one to represent the degradation of concrete when under compression stress. The reinforcement behavior is numerically simulated as a unidimensionalelastoplastic model in which the effects of the material’s isotropic and cinematic stiffness are taken into consideration. The model makes use of the algorithm of the explicit and implicit integration (IMPLEX) and it is applied in reinforced concrete structure analyses utilizing the finite element method. In this method, the structural elements of the reinforced concrete are discretized through a mesh of finite elements to represent both the concrete and the reinforcements. To validate the results regarding the capacity of the computational model implemented to represent the main aspects of quasi-brittle materials’ behavior, numerical tests were analyzed comparing them to experimental test results that will be introduced and discussed in this paper.