A recente descoberta das reservas de petróleo do Pré-Sal no Brasil obrigou a indústria a enfrentar condições de extração adversas, a mais de 1000m de lâmina de água e 5000m de sedimentos. Com o aumento da procura, justificou-se investir em pesquisa e tecnologia para dar resposta aos diversos problemas de exploração em águas ultra profundas. Em condições desfavoráveis de exploração, diversos sistemas tecnológicos submersos autônomos no fundo do mar, nearshore e offshore, tem que ser instalados para resistir a esforços solicitados por plataformas devido a manobras de navios, ondas, correntes marinhas, ventos, etc.. Atualmente a Petrobras utiliza um sistema desenvolvido e patenteado, as estacas torpedo metálicas, para resistir às solicitações e ancorar no leito oceânico as suas plataformas flutuantes. Sua instalação consiste na queda livre e penetração no solo argiloso marinho, por ação da aceleração da gravidade nas suas massas, e que apresenta ainda alguns desafios na instalação. O presente trabalho avalia uma nova técnica de instalação de âncoras para plataformas marítimas de petróleo e outras estruturas, que serve de alternativa e/ou melhoria à técnica já utilizada, e que consiste na instalação de uma haste metálica pela ação do seu peso próprio e por aplicação de jatos de água verticais, provenientes de tubos metálicos inseridos em solos argilosos. O estudo, na primeira etapa descrita nesta tese, concentra-se em modelos reduzidos, seguindo as leis de semelhança pelo número de Froude, e futuramente pretende-se transitar para o protótipo. Os ensaios de hidrojateamento foram realizados em laboratório, utilizando tanques em forma de paralelepípedo, com paredes em acrílico, preenchidos com solo argiloso. O estudo foi realizado em modelos reduzidos para duas escalas de comprimento, correspondentes a 1:67 e 1:76, com o objetivo de estudar o mecanismo de penetração dos torpedos metálicos e nos fenômenos de hidrojateamento em solo argiloso. O solo foi caracterizado e nos ensaios foram identificados e avaliados: (a) a influência do fluxo de água a partir das variáveis vazão, pressão, velocidade e diâmetro do jato, (b) a influência da massa e diâmetro das hastes metálicas e (c) a interação solo-estaca pós instalação. Os resultados apresentados indicaram que as maiores profundidades de penetração das estacas torpedo foram atingidas para os modelos de maior massa, e também para as maiores vazões do fluxo de água, para maiores pressões de fluxo de água e menor resistência não drenada do solo. Com base nas variáveis controladas foi possível estabelecer um modelo e uma equação para estimar a profundidade máxima atingida por estacas metálicas instaladas por fluidização. Estes resultados complementaram estudos anteriores e permitiram uma avaliação, baseada em modelos reduzidos, na eficiência do jateamento, parâmetros de controle do mecanismo de erosão, profundidade máxima de penetração no leito marinho e capacidade de carga das estacas, sempre utilizando conceitos de similaridade para relacionar modelo e protótipo. / Deep water oil fields discovered by Petrobras in Brazil in 2006 brought new challenges to the offshore industry. Thus, for exploring these basins, research and technology investments are necessary to ensure production conditions, which require development of technological foundation systems, nearshore and offshore. Petrobras designed and patented an anchoring system, the torpedo pile, which serves as foundation to various types of production structures in ultra-deepwater. Torpedo is a steel pile, filled with ballast, having a cone-shaped tip. The anchor installation consists in the free fall of the torpedo from a designated height above the seafloor, which dynamically penetrates into marine clay by the action of gravity acceleration of the torpedo mass. This thesis presents an alternative installation technique for torpedo anchors based on tests carried out in reduced physical models following the law of similarity by the Froude number. The goal was to install model piles by applying downward vertical water jets. The water jetting tests were performed in the laboratory using parallelepiped-shaped tanks with acrylic walls, filled with clayey soil. The study was conducted on reduced scale models for two length scales, corresponding to 1:67 and 1:76, with the aim of studying the penetration mechanism of metal torpedoes and water jetting phenomena in clayey soil. The soil was characterized and tests were performed to identify and evaluated: (a) the influence of water flow, pressure, penetration rate and diameter of the jet, (b) the influence of the mass and diameter of the metal rods and (c) soil-pile interaction after installation. The results presented indicated that the greatest depth of penetration of torpedo piles was achieved for higher mass models, also for the higher flow rates, the Reynolds number, higher water flow pressures and lower undrained resistance of the soil. Based on these variables it was possible to establish a model and an equation to estimate the maximum depth of penetration of metal piles installed by fluidization. These results complement previous studies and allowed an assessment based on reduced models, the jetting efficiency, the control parameters of the erosion mechanism, the maximum penetration depth on the seabed and load capacity of the piles, always using concepts of similarity to relate model and prototype.

Uma solução computacional geral e expansível de análise da interação estrutura-maciço de solos foi desenvolvida adotando metodologia orientada a objetos. A técnica computacional apresenta um menu de retaguarda que torna a manipulação dos dados de entrada e os processos computacionais mais criteriosos e seguros. Os materiais possuem comportamento perfeitamente elástico-linear, enquanto o mecanismo de transferência de carga estrutura-solo é não linear. O maciço de solos é modelado através de dados de sondagens SPT e mapeamento geotécnico. A fundação é discretizada verticalmente para se obter as matrizes de flexibilidade da estrutura de fundação (MFEF) e do maciço de solos (MFMS). O processo interativo básico consiste em obter o vetor de recalques nos apoios pelo produto do vetor de cargas verticais com as matrizes MFEF e MFMS. Na seqüência, calcula-se o vetor de redistribuição de cargas pelo produto do vetor de recalques com a matriz de rigidez da superestrutura (MRS). Um procedimento iterativo condiciona a convergência de recalques e cargas verticais nos apoios. A solução foi utilizada para analisar o comportamento de edifícios de diferentes geometrias em planta e espacial, variando o perfil geotécnico do maciço suporte e a técnica de execução da estrutura de fundação. / A general and expansible computational code based in the oriented to object programming technique was developed aiming the soil-structure interaction analysis. This computational technique has a special feature that makes the data input operations and the computer processing safer and more criterious. This model considers that all materials behaves as perfectly linear elastic materials, although the soilstructure transfer mechanism is of non-linear nature. The soil mass compressibility and resistance are modelled from soil data obtained from geotechnical mapping techniques and SPT boreholes data. The flexibility matrix (MFEF) of the structural foundation elements and the flexibility matrix (MFMS) of soil mass elements are obtained through a numerical discretization procedure. The basic interative process consists in the calculation of the supports displacement vectors obtained by the multiplication of the vertical load vector by the MFEF and the MFMS matrix. Finally, the load redistribution is obtained by the multiplication of the displacement vector by the structural rigidity matrix (MRS). The uniqueness of the solution is guaranteed by the convergence of the displacements and vertical supports reactions by using an iterative procedure. This computational code was applied to the analysis of the behaviour of spatial framed buildings with varied geometry, taking into account different geotechnical soil conditions and different types of foundations.

Na prática brasileira, usualmente a previsão da capacidade de carga de fundações por estacas é baseada em métodos semi-empíricos, por meio de correlações diretas da resistência de ponta e por atrito lateral ao longo da estaca com os valores de NSPT. Entretanto, no caso de fundações por estacas helicoidais, ainda utilizam-se métodos teóricos que necessitam de valores de parâmetros geotécnicos obtidos indiretamente a partir de correlações com os valores de NSPT (coesão, peso específico, ângulo de atrito, coeficiente de empuxo). Portanto, nesta dissertação foi desenvolvido um método semi-empírico para estimar a capacidade de carga à tração de fundações por estacas helicoidais profundas por meio de correlações diretas com o valor de NSPT do solo de instalação da estaca. Além disso, são apresentados no presente trabalho valores de fator de torque KT, obtidos por análise estatística, para a verificação da capacidade de carga à tração da estaca usando-se medidas do torque necessário para instalá-la no terreno. Nesta pesquisa dois diferentes modelos para estimativa da capacidade de carga foram desenvolvidos e analisados estatisticamente. O estudo das características das amostras de fundações por estacas helicoidais usadas nesta pesquisa permitiu a subdivisão em grupos (tipo de solo e quantidade de hélices) de modo a se obter modelos mais precisos. Com os resultados deste trabalho, foi possível elaborar recomendações para projeto e execução de estacas helicoidais, bem como desenvolver um modelo para estimar a capacidade de carga à tração de estacas helicoidais instaladas em solos similares aos das estacas usadas neste estudo. / The pile capacity in Brazil is usually predicted by semi-empirical methods based on direct correlations between SPT-N values and pile shaft and pile base resistance. However, the uplift capacity of helical piles is still calculated using theoretical methods based on soil parameters, as: cohesion, unit weight, friction angle, and lateral earth pressure coefficient. In this case, these parameters are obtained indirectly from correlations with values of SPT-N. This dissertation was inspired by the need of a more appropriate method to calculate the uplift capacity of helical piles, by correlating the capacity of the bearing plates directly with the soil type and SPT-N values. In this work, it was developed a semi-empirical method for estimating the pullout capacity of deep helical piles by using SPT test results, similarly to the other methods used for conventional piles. Also, this work presents some results of torque factor, obtained by statistical analysis, to the verification of the pile capacity by using the torque recorded at the end of pile installation. In this research, it was performed several statistical analysis to obtain appropriate models to estimate the uplift capacity of helical piles. The cases of helical piles used in this investigation are classified into groups according to the soil type and the number of helices. As a result, detailed evaluations and recommendations for improvement of helical pile design are presented. The proposed model is recommended to calculate the uplift capacity of helical piles installed in similar soils to that used in this study.

O projeto estrutural deve considerar as incertezas provenientes das variáveis envolvidas no dimensionamento dos elementos estruturais, tais como propriedades dos materiais, dimensões dos elementos estruturais e intensidade dos carregamentos atuantes. Existe também a variabilidade inerente aos métodos de análise estrutural, originária de imprecisões na idealização da distribuição das tensões e deformações dos elementos estruturais. Sendo assim, esta dissertação visa analisar a variabilidade dos desvios dos modelos de cálculo propostos por Blevot e Frémy (1967), Fusco (1994) e Santos (2013), todos baseados no método das bielas e tirantes, para blocos sobre duas, três e quatro estacas submetidos a carregamento centrado. Estes elementos estruturais possuem significativa importância, visto que atuam na transmissão dos esforços provenientes dos pilares às fundações profundas. Os modelos de cálculo foram confrontados entre si e com resultados experimentais de Blevot e Frémy (1967), Mautoni (1971), Clarke (1973), Miguel (2000) e Suzuki et al. (1998 / 1999 / 2000 / 2001) para determinação dos parâmetros estatísticos dos desvios desses modelos em relação aos ensaios. Os resultados apontaram desempenho satisfatório para os três modelos de cálculo. Em geral, todos os métodos se mostraram favoráveis à segurança nos casos avaliados para os três tipos de blocos de fundação. / Structural design must consider the uncertainties coming from the variables involved in dimensioning of the structural elements, such as material properties, dimensions of structural elements, and intensity of active loads. There is also inherent variability in structural analysis methods, originated from imprecision in idealization of the distribution of tensions and deformations of structural elements. Thus, this dissertation aims to analyze the variability of calculation models deviations proposed by Blevot and Frémy (1967), Fusco (1994) and Santos (2013), all based on strut and tie method, for two, three and four pile caps submitted to center load. These structural elements are of significant importance, since they act in transmission of loads from columns to deep foundations. Calculation models were compared with each other and with experimental results from Blevot and Frémy (1967), Mautoni (1971), Clarke (1973), Miguel (2000) and Suzuki et al. (1998 / 1999 / 2000 / 2001) to determine the statistical parameters of these model deviations in relation to the tests. Results indicated satisfactory performance for the three calculation models. In general, all methods were favorable to safety in cases evaluated for the three pile caps types.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6175_1.pdf: 2149513 bytes, checksum: ab08c15764ba1f2e807eff02c748c551 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Os avanços tecnológicos industriais, nas últimas décadas, geraram o desenvolvimento de máquinas de alta performance e precisão que, por sua vez, têm demandado projetos otimizados de suas fundações. Cada vez mais, diversas tentativas têm que ser consideradas para se obter projetos de fundações que conciliem a máxima eficiência com custos aceitáveis. A modelagem via método dos elementos finitos se constitui uma poderosa ferramenta que pode ser utilizada para prever, de maneira mais precisa, o comportamento desses elementos estruturais quando comparada com os métodos analíticos simplificados, disponíveis na literatura, que levam em conta, na sua formulação, várias hipóteses a fim de que possam ser utilizados. A presente pesquisa aborda os conceitos básicos da análise dinâmica de fundações de máquinas, discute sobre alguns métodos analíticos e numéricos disponíveis de projeto e apresenta algumas recomendações de projeto e prescrições normativas. Blocos de fundações de concreto armado para máquinas alternativas e de impacto, bem como fundações aporticadas de concreto armado para turbomáquinas foram analisadas. As freqüências naturais e amplitudes da análise de elementos finitos foram comparadas com os resultados decorrentes da utilização dos métodos analíticos. Além disso, foram considerados os esforços seccionais e as tensões necessárias para o detalhamento das armações. Os resultados das análises de elementos finitos mostraram boa concordância com aqueles obtidos com a utilização dos métodos analíticos

A construção de barragens de terra sobre formações geológicas permeáveis constitui um dos mais sérios desafios da engenharia de barragens. Neste tipo de projeto, as principais variáveis que devem ser analisadas são a vazão, o gradiente de saída e a subpressão, todas decorrentes da percolação de água pela fundação. Este trabalho apresenta um estudo acerca da eficácia dos dispositivos de controle da percolação a partir de análises paramétricas realizadas em uma barragem típica utilizando o método dos elementos finitos através do programa SEEP/W. Nestas análises foram variadas as características dos dispositivos e a anisotropia hidráulica do maciço de fundação. Verificou-se que a trincheira de vedação parcial é extremamente ineficaz, que o tapete impermeável à montante apresenta cerca de 60% de eficácia para relações entre o comprimento do tapete e a largura da base da barragem da ordem de 1,70 e que a trincheira de vedação total associada aos dispositivos de drenagem constitui a solução mais eficaz no controle das variáveis vazão, gradiente de saída e subpressão. / The construction of earth dams on pervious geologic formations constitutes one of the most serious problems of the engineering of dams. In this type of project, the main variables that must be analyzed are the discharge, the exit gradient and the uplift pressure, all decurrent ones of the water seepage for the foundation. This work presents a study on the effectiveness of devices of control of the seepage from parametric analyses carried through in a typical dam using the method of the finite elements through program SEEP/W. In these analyses the characteristics of the devices and the hydraulic anisotropy of the foundation mass had been varied. It was verified that the cut-off trench of partial is extremely inefficacious, that the impermeable blanket to the sum presents about 60% of effectiveness for relations between the blanket length and the width of the base of the dam of the order of 1.70 and that the cut-off trench of associated to the drainage devices constitues the solution most effective in the control of the variables discharge, exit gradient and the uplift pressure.

A fluidização é definida como a suspensão de partículas de um solo granular devido à ação de um fluxo ascendente, que cria uma força de arrasto suficiente para suportar o peso próprio das partículas, produzindo uma zona fluidizada. Neste trabalho são discutidos os mecanismos e os conceitos envolvidos na fluidização de solos arenosos com a utilização de jatos de água, que futuramente podem ser associados a novas tecnologias de instalação de ancoragens de plataformas de petróleo offshore. O estudo foi baseado em ensaios realizados em câmaras de calibração retangulares, com paredes em acrílico, preenchidas com areias de granulometria distintas, compactadas com densidade relativa de 50% e 100%. O sistema de jateamento consiste basicamente em uma bomba centrífuga que succiona a água armazenada em um reservatório e a conduz, através de um circuito hidráulico, à extremidade de tubos metálicos verticais, responsáveis pelo jateamento de água. Foram utilizados tubos com diferentes diâmetros e diversas velocidades de saída do jato. Iniciado o jateamento, tem-se a formação de um leito fluidizado, com formato côncavo e interface bem definida com a zona não fluidizada. O jato de água penetra certa profundidade no interior do leito fluidizado até ser defletido, no sentido ascendente, carregando partículas de areia que são depositadas ao redor da zona fluidizada. Após a formação de uma geometria fluidizada máxima, os tubos são reposicionados em uma nova profundidade. A fluidização ao longo da profundidade apresenta comportamento definido, com uma geometria inicialmente estável, que alcança uma condição de instabilidade em determinada profundidade, até sofrer sucessivos fechamentos, formando uma cavidade submersa fluidizada. Esta cavidade diminui de tamanho com o aumento da profundidade e a fluidização do solo deixa de ocorrer para certa profundidade de saída do jato. Os parâmetros principais que comandam a geometria da zona fluidizada aberta são a velocidade de saída e o diâmetro do jato, em conjunto com o tamanho das partículas do solo. Não foi observada influência da densidade relativa de compactação da areia na geometria fluidizada final. As dimensões geométricas são função do número densimétrico de Froude, cujo emprego permite a determinação de equações empíricas que descrevem o comportamento da geometria fluidizada aberta. O conjunto de ensaios de laboratório possibilitou determinar os parâmetros de controle dos mecanismos de fluidização em areias e a influência destes parâmetros no comportamento do solo fluidizado. / Fluidisation occurs when a granular soil is subjected to an upward fluid flow which creates a drag force sufficient to support the weight of the particles, producing a fluidised zone. In the present work a discussion is made on the mechanisms and concepts controlling the fluidised process produced by upflow washing in granular materials, aiming at the installation of offshore platform anchors. The study was carried out in laboratory rectangular calibration chambers filled with sand at relative densities ranging from 50% to 100%. The upflow washing was produced by a centrifuge pump that sucks water from a reservoir and conducts the water through a hydraulic system to the extremity of a vertical metalic tube, producing the water jet flow. Tubes with different diameters and fluid velocities have been used. The mechanism initiates with the formation of an open fluidised zone having a characteristic shape and distinct boundaries. The fluid penetrates up to a given depth and is deflected towards the surface. Once a stabilized zone is produced, the jet is lowered to another depth and the process is repeated. The shape of the fluidised zone changes with increasing jet depth from an open and stable approximately ellipsoidal form to an unstable spouted profile, and then to a submerged fluidised cavity. The shape of the cavity reduces with increasing depth. Parameters controlling the geometry of an open fluidised zone are fluid velocity and inside diameter of jet, together with diameter soil particles. There has been no influence of relative density in the geometry of the fluidised zone. In fact, this geometry is expressed by densimetric Froude number. The present work was usefull in demonstrating the parameters controlling fluidisation by upflow washing.

As fundações constituem-se em um modelo de organização do terceiro setor. Impulsionadas com as reformas administrativas promovidas pelo Estado, antes visto como patriarcal, as fundações aproveitaram-se da passagem do Estado patriarcal para o Estado gerenciador, o qual passou a fornecer subsídios para organizações de a sociedade civil poderem atuar também na prestação de serviços públicos. Como uma dessas organizações, as fundações, quer sejam públicas ou privadas, prestam tais serviços à sociedade. Muitas vezes, as fundações utilizam-se de recursos públicos para atingirem seus objetivos. Dessa forma, faz-se necessária a prestação de contas das fundações A fiscalização das contas das fundações, quando privadas, obrigatoriamente são controladas pelo Ministério Público. O Sistema de Cadastro e Prestação de Contas (SICAP) tem por finalidade demonstrar a prestação de contas das fundações. No presente estudo, verificou-se se o SICAP é um instrumento de accountability de fundações privadas da Comarca de Ribeirão Preto. Com a análise dos dados contábeis, assim como por entrevistas e por uma análise detalhada do sistema, realizou-se um estudo de caso, o qual não pode afirmar que o SICAP é um instrumento de accountability de fundações privadas, ao se considerar a população tomada para análise. / The foundations are constituted in a model of organization of the third sector. Impelled with the administrative reforms promoted by the State, before sees as patriarchal, the foundations took advantage of of the passage of the patriarchal State for the State manager, which started to supply subsidies for organizations of the civil society they could also act in the services rendered publics. As one of those organizations, the foundations, they are public or private, they render such services to the society. A lot of times, the foundations are used of public resources for us to reach your objectives. In that way, it is done necessary the accounts rendered of the foundations the fiscalization of the bills of the foundations, when private, obligatorily they are controlled by the public prosecution service. The System of Cadaster and Accounts Rendered (SICAP) it has for purpose to demonstrate the accounts rendered of the foundations. In the present study, SICAP was verified it is an instrument of accountability of private foundations of the District of Ribeirão Preto. With the analysis of the accounting data, as well as for interviews and for a detailed analysis of the system, it took place a case study, which cannot affirm that SICAP is an instrument of accountability of private foundations, when being considered the population taken for analysis.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Mecânica dos solos e Engenharia Geotécnica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor António Viana da Fonseca

The present work aims at analyzing the behavior of short metallic piles type profile "H", W 150 x 22,5, submitted to static load test to compression, executed in 3, 4 and 5m depths, in sedimentary ground at the Experimental Field of the Geotechnical Engineering of UFSM (CEEG/UFSM)., The under soil presents a superficial layer thickness of 5m at the research location, consisting of plastic clay-arenaceous, rigid consistency, followed by a sand layer with thickness varying from thin to average, very compact and up to 14 m. Correlations were made between the rupture loads of the essayed props and the parameters obtained through soundings of simple recognition (SPT), that is, estimated rupture loads by methods of calculation of consecrated load capacity. Extrapolation criteria were applied load x stress of the curves and calculation equations of maximum penetration, with the objective of creating rupture loads. Also information was obtained for the increment of a database, aiming at offering other execution options of foundations for the Santa Maria region. With the results, analyses of load transfers were performed, plus comparisons between the methods, in addition to the parameter definitions for the rupture load on metallic props, according to present objectives. / O presente trabalho visa analisar o comportamento de estacas metálicas curtas do tipo perfil H , W 150 x 22,5, submetidas a prova de carga estática à compressão, executadas com profundidades de 3m, 4m e 5m, em solo sedimentar no Campo Experimental em Engenharia Geotécnica da UFSM (CEEG/UFSM). No local da pesquisa, o subsolo apresenta uma camada superficial de 5 m de espessura, constituída de argila-arenosa plástica, consistência rija, seguida de uma camada de areia fina a média, muito compacta até 14 m. Foram feitas correlações entre as cargas de ruptura das estacas ensaiadas com os parâmetros obtidos através de sondagens de simples reconhecimento (SPT), quais sejam, cargas de ruptura estimadas através de métodos de cálculo de capacidade de carga consagrados. Foram aplicados critérios de extrapolação das curvas carga x recalque e equações de cálculo de nega, com o objetivo de se obter as cargas de ruptura. Também se obteve informações para o incremento de um banco de dados, visando oferecer mais opções de execução de fundações para a região de Santa Maria. Com os resultados, foram feitas as análises de transferência de carga, comparações entre métodos, além da definição de parâmetros para cálculo de carga de ruptura em estacas metálicas, conforme objetivos apresentados. Palavras-chaves: Fundação, Estaca Metálica, Prova de Carga.