Tese de doutoramento. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Vias de Comunicação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Orientador: Paulo César Lodi / Coorientador: Sandra Regina Rissato / Banca: Larissa Quartarol / Banca: Ricardo Molto Pereira / Resumo: As geomembranas de polietileno de alta densidade (PEAD) têm grande aplicação em obras que necessitam de estanqueidade, nas quais predominam processos difusivos de fluxo de líquidos ou gases. Face a essa importância e considerando o pouco estudo destinado a esse processo na literatura, este trabalho objetivou a avaliar o processo difusivo em geomembranas de PEAD, utilizando um equipamento previamente projetado, conforme estudos anteriores sobre o assunto. Dessa forma, foi possível avaliar o processo difusivo a que se submetem geomembranas de PEAD de 1mm de espessura quando em contato com chorume, gasolina e óleo diesel, simulando o processo em obras reais. Na avaliação do processo difusivo, buscou-se a determinação da concentração de íons cloreto, sulfato, nitrito, concentração de DBO (demanda bioquímica de oxigênio) na contaminação pelo chorume, além da determinação da concentração dos compostos BTX (benzeno, tolueno e xileno) na contaminação por combustíveis. Para tanto, foram utilizados o método de Mohr, ensaios de espectrofotometria e espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente, o método respirométrico para avaliação da DBO e a cromatografia gasosa para determinação de BTX nas amostras de água destilada/deionizada (livres de qualquer substância) retiradas do ensaio. Os equipamentos utilizados no ensaio de difusão, bem como as técnicas de medição, foram capazes de avaliar o processo de difusão pela geomembrana de PEAD. Os principais resultados mostra... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: High density polyethylene (HDPE) geomembranes have great application in works that require waterproofing, in which diffusive processes of liquid and/or gas flow predominate. Considering this importance and considering the little study destined to this process in the literature, this work aimed at evaluating the diffusive process in HDPE geomembranes by using equipment previously designed in previous studies on the subject. This way, it has been possible to evaluate the diffusive process to which 1mm-HDPE geomembranes are exposed when in contact with slurry, gasoline, and diesel oil, simulating the process in real works. In the evaluation of the diffusive process, the concentration of chloride, sulphate, nitrite, BOD (biochemical oxygen demand) concentration in the slurry, and the concentration of BTX compounds (benzene, toluene, and xylene) in fuel contamination have been determined. For this purpose, the Mohr method, spectrophotometry and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, the Respirometric method for BOD evaluation, and Gas Chromatography have been used to determine BTX in the samples of distilled/deionized water (free of any substance) removed from the test. The equipment used in the diffusion test, as well as the measurement techniques, have been able to evaluate the process of diffusion by the HDPE geomembrane. The main results show that there has been no contamination by chloride, sulphate, and nitrite ions, since the respective concentrations foun... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O emprego de materiais geossintéticos em obras de Engenharia Civil tem sido freqüente nas últimas décadas. Os projetos e obras exigem uma maior compreensão do comportamento de interação solo-geossintético. Este mecanismo de interação é complexo e depende das propriedades dos materiais envolvidos. Os parâmetros de resistência da interface são determinados em ensaios de campo, menos usuais, e ensaios de laboratório, dos quais destacam-se os ensaios de arrancamento e cisalhamento direto, e, mais recentemente, ensaios de rampa. A escolha do ensaio mais adequado é função do tipo de geossintético e da sua solicitação na massa de solo. Este trabalho teve como finalidade geral desenvolver um equipamento de grande escala, capaz de executar em uma mesma estrutura os principais ensaios de resistência de interfaces solo-geossintético. Especificamente, o objetivo principal consistiu em habilitar o equipamento para a realização de ensaios de rampa. O equipamento de rampa teve seu desempenho avaliado através de ensaios preliminares que permitiram avaliar a acurácia dos resultados e a adequação da metodologia de preparação dos corpos de prova e procedimento de ensaio O programa experimental envolveu ensaios de rampa em quatro tipos distintos de interface: solo-solo, solo-geotêxtil, solo-geogrelha e solo-geomembrana. Os ensaios de interface solo-solo permitiram a avaliação do equipamento, a comparação com ensaios convencionais de cisalhamento direto e a obtenção dos parâmetros de resistência para a determinação das eficiências de interação das interfaces em termos de adesão e ângulo de atrito. Os ensaios de interface sologeossintéticos indicaram um comportamento de resistência semelhante ao reportado na literatura e condicionado pelo tipo de material.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-05-12T18:04:21Z No. of bitstreams: 1 2014_CarolinaRuizGomez.pdf: 8765421 bytes, checksum: 503cd53268663fbd43f4db954573ed69 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-05-25T20:39:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_CarolinaRuizGomez.pdf: 8765421 bytes, checksum: 503cd53268663fbd43f4db954573ed69 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-25T20:39:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_CarolinaRuizGomez.pdf: 8765421 bytes, checksum: 503cd53268663fbd43f4db954573ed69 (MD5) / Considerando o aumento da demanda por minérios devido ao crescimento econômico de alguns países nos últimos anos, houve também a necessidade de maiores áreas para a disposição dos resíduos advindos de sua extração. Nesse contexto, as barragens de contenção de rejeitos vêm se tornando uma obra de engenharia geotécnica cada vez mais empregada como sistema de disposição destes resíduos. Devido às características dessas barragens, é necessária a construção de camadas de drenagem e/ou impermeabilizantes, visando trabalhar como barreiras contra o fluxo de gases e líquidos. A grande altura atingida muitas vezes por essas obras gera elevados valores de pressão em sua base podendo vir a danificar a geomembrana, afetando sua função impermeabilizante. O presente trabalho tem por objetivo estudar o dano mecânico devido à aplicação de pressão em um sistema constituído de material granular/geomembrana, por meio de ensaios de laboratório de compressão. Para tanto, foram empregados dois equipamentos (de pequena e média escala) que permitiram a realização de ensaios em geomembranas de PVC e PEAD de 1,0 mm e 2,0 mm de espessura. As pressões aplicadas foram 100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 500 kPa e 1000 kPa. Nos ensaios, foram utilizados diferentes tipos de materiais granulares sobrejacentes ou subjacentes, como rejeito de ouro e rejeito de ferro, areia média ou brita três. Um filme ou papel alumínio foi colocado entre a geomembrana e a camada superior ou inferior, com o fim de avaliar os pontos de contato do material granular na geomembrana e, de estabelecer uma relação com o dano mecânico causado nela. Ao final foram realizados ensaios de resistência à tração após os ensaios de dano, visando obter a variação na resistência das geomembranas danificadas. Os resultados mostraram que os principais danos presenciados na geomembrana de PEAD foram arranhões, entalhes e identações, enquanto que as geomembranas de PVC apresentaram principalmente deformações. Na distribuição de frequências das áreas de contato, as maiores frequências de áreas foram para os intervalos menores. Além disso, foi observado que o comportamento das distribuições segue uma curva exponencial para quase todas as configurações de ensaios. Os resultados demonstraram que estes ensaios de dano mecânico têm a contribuir na investigação dos mecanismos de deterioração de geossintéticos em obras de disposição de resíduos. Observou-se que os tamanhos e arranjos dos grãos, a pressão vertical aplicada, o tipo e espessura das geomembranas afetam de forma significativa os pontos de contato que atuam sobre a geomembrana. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Considering the increasing demand for minerals due to the economic growth in some countries in recent years, larger areas for the waste tailings disposal are needed. In this context, tailing dams has become increasingly used of geotechnical engineering as disposal of this waste system. Due to the nature of the materials of this kind of construction, the construction of the drainage layers and/or waterproofing are required on the base, aiming to avoid the flow of gases and liquids. Tailings dams can reach high values of height and this can produce high values of pressure on the base, causing some damage on the geomembrane and affecting its sealing function. This research aims to study the occurrence of mechanical damage due to the application of values of pressure in a system consisting of material granular/geomembrane, through laboratory testing of mechanical compression damage. For this purpose, two equipment (small scale and medium scale), were used in order to study the mechanical damage of a set of tests using PVC and HDPE geomembranes with 1.0 mm and 2.0 mm thickness. Applied pressures were 100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 500 kPa and 1000 kPa. In test were used different types of overlying or underlying granular materials, such as gold tailings or iron tailings, medium sand or gravel. A film or aluminum foil was placed between the geomembrane and the top or bottom layer, in order to evaluate the contact points of the tailings, gravel or sand in the geomembrane and to establish a relationship with the mechanical damage. Some tensile strength tests were also performed on the samples after the compression tests, in order to obtain the variation in resistance of the damaged geomembranes. The results showed that the main damage witnessed HDPE geomembrane were scratches, notches and indentations, while PVC geomembranes mainly deformations. In the frequency distribution of the contact areas, the largest areas of frequencies were for shorter intervals. Furthermore, it was observed that the behavior of the distributions follow an exponential decay to nearly all testing settings. The results showed that these mechanical damage tests contributed to the research of mechanisms of deterioration of geosynthetics in construction waste disposal. It was observed that the sizes and arrangements of the grains, the vertical pressure applied, the type and thickness of the geomembranes, significantly affect the contact points acting on the geomembrane.

O emprego de materiais geossintéticos em obras de Engenharia Civil tem sido freqüente nas últimas décadas. Os projetos e obras exigem uma maior compreensão do comportamento de interação solo-geossintético. Este mecanismo de interação é complexo e depende das propriedades dos materiais envolvidos. Os parâmetros de resistência da interface são determinados em ensaios de campo, menos usuais, e ensaios de laboratório, dos quais destacam-se os ensaios de arrancamento e cisalhamento direto, e, mais recentemente, ensaios de rampa. A escolha do ensaio mais adequado é função do tipo de geossintético e da sua solicitação na massa de solo. Este trabalho teve como finalidade geral desenvolver um equipamento de grande escala, capaz de executar em uma mesma estrutura os principais ensaios de resistência de interfaces solo-geossintético. Especificamente, o objetivo principal consistiu em habilitar o equipamento para a realização de ensaios de rampa. O equipamento de rampa teve seu desempenho avaliado através de ensaios preliminares que permitiram avaliar a acurácia dos resultados e a adequação da metodologia de preparação dos corpos de prova e procedimento de ensaio O programa experimental envolveu ensaios de rampa em quatro tipos distintos de interface: solo-solo, solo-geotêxtil, solo-geogrelha e solo-geomembrana. Os ensaios de interface solo-solo permitiram a avaliação do equipamento, a comparação com ensaios convencionais de cisalhamento direto e a obtenção dos parâmetros de resistência para a determinação das eficiências de interação das interfaces em termos de adesão e ângulo de atrito. Os ensaios de interface sologeossintéticos indicaram um comportamento de resistência semelhante ao reportado na literatura e condicionado pelo tipo de material.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-17T13:25:57Z No. of bitstreams: 1 2016_MichaelAndreyVargasBarrantes.pdf: 4647796 bytes, checksum: 6c4341702641d9716be3ca7a9956a1eb (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-02-16T19:39:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MichaelAndreyVargasBarrantes.pdf: 4647796 bytes, checksum: 6c4341702641d9716be3ca7a9956a1eb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-16T19:39:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MichaelAndreyVargasBarrantes.pdf: 4647796 bytes, checksum: 6c4341702641d9716be3ca7a9956a1eb (MD5) / Muros reforçados com geossintéticos são estruturas de contenção cada vez mais populares devido à praticidade, rapidez e economia durante a execução, dentre outras vantagens. Entretanto, diferenças substanciais podem surgir nas previsões de forças de tração mobilizadas nas camadas de reforço, dependendo do método de cálculo utilizado. Usualmente, métodos de equilíbrio limite são utilizados no dimensionamento e na previsão de forças em tais estruturas. Esta dissertação visou avaliar a acurácia de diferentes metodologias de previsão de forças de tração nos reforços, sendo que os métodos de previsão utilizados incluiram métodos tradicionais de equilíbrio limite, métodos que consideram as condições de trabalhos das estruturas e previsões numéricas por elementos finitos. Análises de casos hipotéticos aplicando diferentes métodos de cálculo resultaram em diferenças significativas entre resultados de métodos baseados nos princípios de equilíbrio limite e os baseados em condições de trabalho das estruturas. Comparações semelhantes foram efetuadas com simulações numéricas por meio de elementos finitos, avaliando-se também o efeito da compressibilidade do solo de fundação. Os métodos de cálculo e análises numéricas foram também utilizadas para a previsões de forças nos reforços medidas em dois muros experimentais ao final de construção. Um dos muros foi reforçado com geogrelha e o outro com geotêxtil não tecido. Com base nos resultados pôde-se concluir que, para as condições analisadas, a maioria dos métodos foram conservadores, com melhores previsões tendo sido obtidas pelo método K-Stiffness. Mais pesquisas sobre o tema são necessárias com o objetivo de melhorar a acurácia da previsão de forças de tração em reforços de muros reforçados com geossintéticos. / Reinforced soil walls are increasingly popular retaining structures due to their fast and easy construction and cost savings, among other advantages. However, significant differences among reinforcement tensile force predictions may arise, depending on the method used. Limit equilibrium methods are commonly employed for the design and prediction of tensile reinforcement forces in such structures. This dissertation aims at evaluation the accuracy of predictions of geosynthetic reinforcement forces by different methods, including limit equilibrium, working stress and numerical methods. Parametric studies for hypothetical walls of different heights yielded significant differences in comparison with predictions from working stress methods and numerical analyses. Comparisons among such methods and predictions by the finite element method were also carried out to investigate the influence of foundation soil compressibility. Predictions of reinforcement forces by the design methods under investigation were also compared with data from two instrumented geosynthetic reinforced walls at the end of construction. One of the walls was reinforced with a geogrid and the other with a nonwoven geotextile. From the analyses carried out it was possible to conclude that in general most of the design methods were quite conservative, with better accuracy being presented by the K-Stiffness method for the conditions investigated. The findings show that further research is required to improve the accuracy of methods for the prediction of reinforcement forces in geosynthetic reinforced walls.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2006. / Submitted by Thaíza da Silva Santos (thaiza28@hotmail.com) on 2009-11-30T21:28:15Z No. of bitstreams: 1 2006_Nestor Tupa Fernandez.pdf: 7601281 bytes, checksum: 4b9deaa0c0ba9b3c4e4dbc9d8035b0a1 (MD5) / Approved for entry into archive by Carolina Campos(carolinacamposmaia@gmail.com) on 2009-12-01T18:24:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Nestor Tupa Fernandez.pdf: 7601281 bytes, checksum: 4b9deaa0c0ba9b3c4e4dbc9d8035b0a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-12-01T18:24:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Nestor Tupa Fernandez.pdf: 7601281 bytes, checksum: 4b9deaa0c0ba9b3c4e4dbc9d8035b0a1 (MD5) Previous issue date: 2006-04-05 / Nas últimas décadas, o uso dos materiais geossintéticos como reforço das obras geotécnicas tem aumentado muito, ampliando os âmbitos de suas aplicações. Essa técnica apresenta grande potencial para uso em obras de segurança e minimizar os problemas de conservação do meio ambiente. Também, a procura de energia mais econômica e menos contaminante ao meio ambiente esta impulsionando a exploração de gás natural. O transporte desse combustível pode ser feito por gasodutos que são sistemas interessantes pelas suas vantagens de rapidez, quantidade massiva de transporte e economia. Porém, estas estruturas apresentam situações de acidentes (vazamentos e explosões), os mesmos são perigosos principalmente quando ocorrem em regiões povoadas ou que requeiram cuidados especiais, podendo apresentar conseqüências fatais, perdas materiais ou contaminar o meio ambiente. O presente trabalho estudou a aplicação de geossintéticos como elemento de reforço em aterros para proteção de tubulações pressurizadas enterradas de gasodutos visando minimizar os efeitos de uma explosão. Para o estudo foram implementados dois tipos de ensaios idealizando as seqüências do mecanismo de explosão de uma tubulação pressurizada enterrada. Assim, o ensaio de expansão de cavidade simulou a condição de expansão de gás na explosão de uma tubulação de modo a se observar os seus efeitos no solo circundante (deslocamentos e mecanismos de ruptura). Já, o ensaio de vazamento em uma tubulação com ranhura de enfraquecimento simulou a condição de estouro da tubulação pressurizada para observar as suas conseqüências sobre o solo circundante (lançamento do solo, formação de cratera e deformação do talude). Em ambos os casos de simulação as metodologias procuraram adaptar o problema a condições de deformação plana, em caixa de ensaios de face transparente para observação dos mecanismos de interação do solo e da tubulação com os reforços. Os reforços utilizados foram: geotêxteis tecidos, geogrelha e papel alumínio. Os reforços apresentaram diversos arranjos (camada, u-invertido e envelopado). Nos ensaios de expansão de cavidade os aterros tiveram superfície horizontal ou seções transversais trapezoidais com taludes 2H:1V. Diversas combinações de arranjos de reforços, tipos de reforços e tipos de aterros foram estudadas. Também se estudou a variação da profundidade do posicionamento de cavidade de expansão. Os ensaios de vazamento em tubulação enfraquecida foram realizados variando-se tipos de arranjos de reforços, tipos de reforços (em alguns casos com adição de filme e brita) em aterros trapezoidais. Os resultados de ensaios de expansão de cavidade mostraram que a inclusão de reforço em aterros como proteção de tubulações pressurizadas diminuiu os efeitos de explosões no solo circundante e aumentou a resistência à expansão em comparação com o comportamento de aterros não reforçados. O geotêxtil tecido em arranjo envelopado foi o que apresentou melhor desempenho. Foi observado que a resistência à expansão imposta pelos reforços depende de suas características de rigidez, textura e geometria. Os resultados da simulação de vazamentos em tubulações enfraquecidas mostraram que, a inclusão de reforço em aterros de proteção de tubulações pressurizadas diminuiu os efeitos no solo circundante apresentando menor altura de lançamento do solo, menor quantidade de nuvem de solo, menor tamanho de cratera e menor expansão do aterro em comparação com a situação sem reforço. O arranjo envelopado com geotêxtil tecido e filme de PVC e o arranjo envelopado com geogrelha e brita foram os de melhor desempenho. Em geral, os resultados de ensaios em modelos físicos em escala reduzida sugerem que as inclusões de reforços em aterros de proteção de tubulações pressurizadas podem diminuir substancialmente as conseqüências de explosões. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The use of geosynthetic materials as reinforcement has increased markedly during the last decades, as well as their fields of application. The soil reinforcement technique presents great potentials for safety works and environmental protection. The pursuit of more economical and less pollutant energy forms has increased the exploitation of natural gas. Gas transportation can be made by pipelines, which are advantageous structures due to the speed of gas transportation, amount of mass transported and economy. However, this type of structure can be subjected to accidents (leakages or explosions), which are serious events when occurring in urban or industrial areas, and may yield to material and human lives losses, as well as damages to the environment. This thesis studied the use of geosynthetics as reinforcements in fills for the protection of buried pressurised pipes aiming the minimisation of the consequences of an explosion. Two types of tests were carried out. The cavity expansion test aimed to simulate the conditions of gas expansion in the soil resulting from the collapse of the pipe and to investigate the effects on the surrounding soil (displacements and failure mechanisms). The leakage test through a weakness in the pipe aimed to investigate the effects of such mechanism on the soil (soil movement, crater formation and fill deformation). In both types of tests plane strain deformation conditions were assumed and the tests were carried out in a rigid box with a transparent frontal face to allow the observation of interaction mechanisms between soil, pipe and reinforcement. The reinforcements used were woven geotextiles, a geogrid and aluminium foil. Different types of reinforcement arrangements were tested (individual reinforcement layer, inverted U and enveloped arrangement). In the cavity expansion tests the fills had horizontal surfaces or were built with a trapezoidal shape with 2:1 slopes. Different combinations of reinforcement arrangements, reinforcement types and fill types were investigated. The influence of the depth of the cavity was also studied. The leakage tests were carried out varying the reinforcement arrangement and the type of reinforcement (sometimes with the addition of PVC films or gravel) in trapezoidal fills. The cavity expansion test results showed that the use of reinforcement reduced the effects of pipe explosion on the surrounding soil and increased the fill resistance against cavity expansion in comparison with the results obtained for unreinforced fills. The enveloped arrangement with woven geotextile was the one presenting the best performance. The effectiveness of the reinforcement depended on its tensile stiffness, roughness and geometry. The leakage test results showed the beneficial effects of the presence of reinforcement regarding lower distances reached by the soil particles launched by the air blast, smaller crater and less fill deformation in comparison to the situation without reinforcement. The enveloped arrangements using woven geotextile and geogrid were the ones presenting the best performances. In general, the model studies showed that the use of geosynthetic reinforcement for the protection of buried pipes can significantly reduce the consequences of pipe explosion or leakage.

O emprego de materiais geossintéticos em obras de Engenharia Civil tem sido freqüente nas últimas décadas. Os projetos e obras exigem uma maior compreensão do comportamento de interação solo-geossintético. Este mecanismo de interação é complexo e depende das propriedades dos materiais envolvidos. Os parâmetros de resistência da interface são determinados em ensaios de campo, menos usuais, e ensaios de laboratório, dos quais destacam-se os ensaios de arrancamento e cisalhamento direto, e, mais recentemente, ensaios de rampa. A escolha do ensaio mais adequado é função do tipo de geossintético e da sua solicitação na massa de solo. Este trabalho teve como finalidade geral desenvolver um equipamento de grande escala, capaz de executar em uma mesma estrutura os principais ensaios de resistência de interfaces solo-geossintético. Especificamente, o objetivo principal consistiu em habilitar o equipamento para a realização de ensaios de rampa. O equipamento de rampa teve seu desempenho avaliado através de ensaios preliminares que permitiram avaliar a acurácia dos resultados e a adequação da metodologia de preparação dos corpos de prova e procedimento de ensaio O programa experimental envolveu ensaios de rampa em quatro tipos distintos de interface: solo-solo, solo-geotêxtil, solo-geogrelha e solo-geomembrana. Os ensaios de interface solo-solo permitiram a avaliação do equipamento, a comparação com ensaios convencionais de cisalhamento direto e a obtenção dos parâmetros de resistência para a determinação das eficiências de interação das interfaces em termos de adesão e ângulo de atrito. Os ensaios de interface sologeossintéticos indicaram um comportamento de resistência semelhante ao reportado na literatura e condicionado pelo tipo de material.