Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-26T20:13:07Z No. of bitstreams: 1 2017_ElizabethHernándezZubeldia.pdf: 5346165 bytes, checksum: 7f1c1db1efc4694f63f446e4a9deef56 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-05-30T11:39:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ElizabethHernándezZubeldia.pdf: 5346165 bytes, checksum: 7f1c1db1efc4694f63f446e4a9deef56 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T11:39:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ElizabethHernándezZubeldia.pdf: 5346165 bytes, checksum: 7f1c1db1efc4694f63f446e4a9deef56 (MD5) Previous issue date: 2017-05-30 / Neste trabalho é apresentada uma abordagem multifásica, que combina modelos constitutivos de fluidos com conceitos da hidráulica de canais abertos e critérios de ruptura próprios da Geomecânica, para simular problemas de erosão superficial usando o método numérico Smoothed Particle Hydrodynamics - SPH. Pela natureza Lagrangeana e sem malha, o método SPH fornece uma ferramenta numérica ideal para tratar problemas multifásicos, que envolvem superfícies livres e grandes deslocamentos de material, permitindo realizar simulações sob diversas condições de fluxo, em tempos relativamente curtos. Na abordagem proposta neste trabalho, a água e o sedimento são tratados como fluidos newtoniano e pseudonewtoniano, respectivamente, utilizando uma partícula em cada ponto do espaço físico. Um critério hidráulico, fundamentado no parâmetro de Shields, é utilizado para determinar o início do movimento das partículas, pela ação da água, em um leito de sedimentos. O critério consegue estimar adequadamente a massa de material erodido sob condições de fluxo de baixa velocidade, mas não permite simular a dinâmica do sedimento nas regiões subsuperficiais. O critério hidráulico foi combinado com um critério mecânico, baseado no critério de ruptura de Drucker-Prager, para determinar a viscosidade aparente do sedimento, cuja dinâmica é simulada por meio de um modelo visco plástico tipo Bingham, denominado Herschel-Bulkley-Papanastasiou (BHP). O modelo permite simular comportamentos pseudoplásticos e dilatantes do material. Os resultados de simulações de ensaios de ruptura de coluna da água (dam break) mostram a capacidade do modelo proposto ao reproduzir de forma satisfatória a quantidade de material removido da superfície do leito. Além disso, é possível estimar as interfaces entre os diversos materiais existentes no processo. / This theses presents a multiphase approach to simulate surface erosion using Smoothed Particles Hydrodynamics - SPH. The model combines constitutive models of fluids, concepts of open channel hydraulics and failure criteria of Geomechanics. Because of its Lagrangean formulation, SPH is an ideal numerical tool for the simulation of multiphase problems envolving with free surfaces and large deformation. The numerical simulation allows simulating different flux conditions in relatively short times. The model herein presented simulates the water and the sediment as Newtonian and pseudo Newtonian fluids, respectively, using a single particle to represent the points at the physical space. A hydraulic criterion based on the Shields’ parameter is used to determine the onset of sediment motion at the bed surface. The criterion estimates correctly the mass of eroded material under low velocity flux, but it doesn’t allow tracking the dynamic of the sediment at the subsurface region. The hydraulic criterion was combined with a mechanical criterion based on DruckerPrager failure criterion to determine the apparent viscosity of the sediment. The dynamic of the sediment is modelled by the viscoplastic Bingham type Herschel-Bulkley-Papanastasiou (BHP) model. The model is capable to reproduce shear thinning and shear thickening materials. Dam break simulations showed the capability of the model to simulate the amount of material removed from the sediment bed at the end of the experiment. Also, the ideal interfaces developed during the erosion process were satisfactorily estimated.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-12-01T16:00:06Z No. of bitstreams: 1 2015_JuanFernandoJoyaNuñez.pdf: 8116083 bytes, checksum: eda8abd2d80183f4c3074cf13dedd204 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-13T20:51:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_JuanFernandoJoyaNuñez.pdf: 8116083 bytes, checksum: eda8abd2d80183f4c3074cf13dedd204 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-13T20:51:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_JuanFernandoJoyaNuñez.pdf: 8116083 bytes, checksum: eda8abd2d80183f4c3074cf13dedd204 (MD5) / As análises numéricas tem-se apresentado como uma importante ferramenta no estudo dos mais diversos problemas geotécnicos, incluindo as estradas não pavimentadas quando reforçadas com geossintéticos. Nessa dissertação empregou-se o software comercial de elementos finitos Plaxis 2D para simular ensaios de laboratório realizados em escala real e em escala reduzida, que visaram estudar o comportamento de vias não pavimentadas reforçadas e sem reforço submetidas a carregamentos monotônicos. As modelagens numéricas mostraram diferentes mecanismos de ação do reforço e permitiram conhecer as magnitudes de algumas grandezas que não tinham sido medidas experimentalmente. Uma vez que os ensaios usados como banco de dados foram também executados sob condições de carregamento cíclico, foi possível avaliar a metodologia proposta por Jewell (1996) para levar em conta o efeito do tráfego no dimensionamento das estradas não pavimentadas. O método permite calcular a partir das cargas cíclicas, carregamentos estáticos equivalentes que podem ser usado no projeto das vias. Foi observado que essa equivalência entre as cargas varia com o nível de deformação das estradas e depende da condição dos materiais constituintes das mesmas. Também foram propostas expressões para considerar a influência dos deslocamentos superficiais máximos no cálculo das cargas estáticas equivalentes. / Numerical analyses have been successfully used in the study of different kinds of geotechnical problems, including the case of geosynthetic reinforced unpaved roads. The finite element commercial software Plaxis 2D was used in this dissertation to simulate full-scale and model scale laboratory tests that were performed to study the mechanical response of unpaved roads under monotonic loading. The numerical models showed different types of reinforcement mechanisms and provided quantitative information about some variables that were not experimentally measured before. Since the tests used as databases were also performed under cyclic loading conditions, it was possible to assess the method proposed by Jewell (1996) to take into account the dynamic effect of traffic in the design of unpaved roads. The method allows calculating, from cyclic loads, equivalent static loads that can be used in the project of the roads. It was observed that this equivalence between loads varies with the level of roads deformations and with the conditions of its materials. Different expressions have also been proposed to take into account the influence of maximum superficial displacements in the calculation of equivalent static loads.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-12T20:34:16Z No. of bitstreams: 1 2017_EwertonClaytonAlvesdaFonseca.pdf: 20176379 bytes, checksum: 2afeef39561cf6e31919166c0987a8fc (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-09T18:40:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_EwertonClaytonAlvesdaFonseca.pdf: 20176379 bytes, checksum: 2afeef39561cf6e31919166c0987a8fc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T18:40:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_EwertonClaytonAlvesdaFonseca.pdf: 20176379 bytes, checksum: 2afeef39561cf6e31919166c0987a8fc (MD5) Previous issue date: 2017-08-09 / Os depósitos de solos encontrados em áreas da zona costeira do Brasil constituem planícies com perfis geotécnicos que apresentam elevado nível do lençol freático, baixa resistência e alta compressibilidade. Com o crescimento urbano, as áreas onde a espessura do depósito de argila mole pode atingir até 40 m estão sendo cada vez mais ocupadas. Neste cenário, rupturas por conta da baixa capacidade de suporte do solo mole de fundação e recalques excessivos são motivos de preocupação para os engenheiros. Além disto, custos elevados estão associados aos reparos a este tipo de obra. Existem várias técnicas que podem ser utilizadas para minimizar estes problemas, dentre as quais se destaca a solução denominada aterro estaqueado reforçado com geossintéticos, devido a aspectos relacionados a tempo, custo e considerável redução de recalques. Diversos pesquisadores têm estudado esta técnica com a finalidade de melhorar o entendimento sobre o comportamento mecânico desses aterros, seja por meio de instrumentação de obras, simulações numéricas ou ensaios de laboratório em modelos físicos. Entretanto, na literatura técnica sobre aterros reforçados sobre estacas, ainda há dúvidas relacionadas à distribuição de cargas e tensões verticais no interior do maciço terroso. Esta tese avalia, por meio de modelos 1g (escala 1:5) instrumentados, a transferência de cargas e tensões verticais em aterros estaqueados reforçados. Foram investigadas as forças verticais transferidas aos capitéis, as distribuições de tensões totais verticais no interior de aterros reforçados, os recalques máximos e as deformações médias dos reforços na base dos aterros, e o recalque da superfície dos mesmos. Adicionalmente, foram analisados possíveis danos mecânicos nos reforços em contato com capitéis, ou próximo deles. Aspectos referentes à precisão e acurácia de algumas metodologias desenvolvidas para projeto são apresentados e discutidos. Os resultados obtidos sugerem que o modelo físico idealizado nesta tese foi capaz de representar o comportamento de aterros reforçados sobre estacas, uma vez que a ocorrência do arqueamento foi identificada. Os valores de carga transferida aos capitéis e recalques máximos dos reforços na base dos aterros, medidos e previstos, apresentaram boas comparações. As deformações médias dos reforços, determinadas a partir dos ensaios em modelos, apresentaram-se elevadas para a maioria dos elementos empregados neste trabalho, possivelmente porque o solo de fundação não foi simulado. Dano mecânico, em decorrência da instalação do reforço diretamente sobre os capitéis, foi observado de forma mais intensa em um dos reforços empregados nesta pesquisa. O fator de redução de resistência deste reforço chegou a 57%. / Soil deposits along the Brazilian coast line are plains with geotechnical profiles that have a high water table level, low strength and high compressibility. With urban growth, areas where the thickness of the soft clay deposit can reach up to 40 m are becoming more and more occupied. In this scenario, failures due to the low bearing capacity of the foundation soft soil and excessive settlements are reasons for concern for the engineers. In addition, high costs are associated with repairs to this type of work. There are several techniques that can be used in this type of problem, including the solution called geosynthetic reinforced piled embankments, which has advantages such as time of construction, cost and considerable reduction of settlements. Several researchers have studied this technique with the purpose of improving the understanding of the mechanical behavior of these embankments, either by means of in situ instrumentation, numerical analysis or laboratory tests on physical models. However, in the technical literature on reinforced embankments on piles, there are still doubts related to the transfer of loads and stresses inside the soil masses. This thesis evaluates, through 1g (scale 1:5) instrumented models, the transfer of loads and vertical stresses in reinforced piled embankments. The forces transferred to the pile cap, the total vertical stress distributions inside the reinforced backfills, the maximum settlements and average strains in the reinforcements at the base of the embankments and the vertical deformation of the fill surface were investigated. In addition, possible mechanical damages in the reinforcements in contact with or near pile caps were analyzed. Aspects related to the precision and accuracy of some methodologies developed for design are also presented and discussed. The obtained results suggest that the physical model idealized in this thesis was able to represent the behavior of reinforced embankments on piles, once the occurrence of the arching was identified. The values of load transferred to the pile cap and maximum settlements of the reinforcements, measured and predicted, presented good comparisons. The average strains in the reinforcements, determined in the model tests, were high for most of the elements tested, possibly because the foundation soft soil was not simulated. Mechanical damage, due to the installation of the reinforcement directly on the pile cap, was observed more intensely in one of the reinforcements used in this research. The strength reduction factor of this reinforcement reached 57%.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-09-13T14:33:51Z No. of bitstreams: 1 2012_SylviaReginaCorreaBrantPereiradeJesus.pdf: 5657146 bytes, checksum: 2921af0a4915a6e9501c51b8ce0405aa (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2012-09-14T17:26:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_SylviaReginaCorreaBrantPereiradeJesus.pdf: 5657146 bytes, checksum: 2921af0a4915a6e9501c51b8ce0405aa (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-14T17:26:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_SylviaReginaCorreaBrantPereiradeJesus.pdf: 5657146 bytes, checksum: 2921af0a4915a6e9501c51b8ce0405aa (MD5) / A relação entre comportamento mecânico e hidráulico de meios porosos é objeto de estudo da geotecnia. Ferramentas numéricas são amplamente utilizadas para a solução de problemas que envolvem esses fenômenos. Há aplicação desse tipo de estudo na geomecânica de reservatórios de petróleo, que trata especificamente do comportamento hidromecânico das rochas-reservatório e dos fluidos em seu interior. Os modelos numéricos usualmente empregados na simulação de reservatórios adotam hipóteses simplifícadoras que, geralmente, não implicam perdas na representatividade do modelo. Há casos, porém, em que as condições do problema exigem o desenvolvimento dessas hipóteses. O objetivo desta pesquisa foi definir uma formulação hidromecânica acoplada para análise do problema de compactação em reservatórios de petróleo considerando compressibilidade do fluido e dos sólidos. Conceitos de engenharia de reservatórios ajudaram a definir tendências de comportamento dos reservatórios. Estratégias de acoplamento e aspectos relacionados a modelos numéricos foram discutidos. Assim, a formulação foi definida, com solução detalhada das equações de equilíbrio e de conservação de massa. Essa formulação foi implementada no programa de elementos finitos ALLFINE e testada para casos de adensamento unidimensional e bidimensional. Foram feitas análises de sensibilidade para parâmetros mecânicos (compressibilidade do fluido e dos sólidos) e hidráulicos (variação da permeabilidade combinada com compressibilidade do fluido). As análises mostraram que para um fluido mais compressível, a poropressâo é significativamente afetada, com retardo em sua dissipaçâo durante o adensamento. Além disso, observou-se que tensões elevadas ampliam os efeitos da compressibilidade do fluido. Isso é extremamente relevante na geomecânica de reservatórios, considerando o nível de tensão a que os reservatórios, geralmente, estão submetidos. A compressibilidade dos sólidos também foi avaliada, mostrando-se importante para níveis de tensão elevados, com variação significativa do coeficiente de Biot. As análises para permeabilidade mostraram que sua variação não sofre influência da compressibilidade do fluido. Esses efeitos puderam ser separados, com definição da zona de influência de cada. Observou-se, ainda, a formação de regiões com baixa permeabilidade em camadas que adensaram mais rapidamente, alterando o fluxo. A formulação proposta é adequada para descrever os parâmetros estudados. Os efeitos de compressibilidade do fluido e dos sólidos foram simulados e analisados, oferecendo resultados significativos. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The mechanical and hydraulic behavior of porous media is studied in geotechnics. The solution of many geotechnical problems is performed using numerical modeling. This type of tool can be applied in reservoir geomechanics simulation, which comprises hydro-mechanical behavior analyses. The numerical model representation of reservoirs is usually simplified and, in certain cases, simplifications do not imply on losses in results and behavior prediction. However, some situations require more comprehensive approaches, with development of previously neglected conditions. The main objective of this research is to define a formulation for fully coupled hydro-mechanical analyses for compaction in petroleum reservoirs considering fluid and solids compressibility valid. This model can also be used for general application in geotechnics. Throughout this research, the concepts of reservoir engineering presented helped defining behavior tendencies of reservoirs. Also, coupling strategies and specific features for the numerical model were discussed. Then, the formulation was defined with a detailed description of equilibrium and mass conservation equations solution. This formulation was implemented in Finite Element program ALLFINE and tested for one and two-dimensional consolidation cases, with sensitivity analyses for mechanical (fluids and solids compressibility) and hydraulic parameters (permeability and its combined effect with fluid compressibility). Fluid compressibility analyses reveal that this consideration affects fluid pressure responses significantly, with a delay in fluid pressure dissipation during consolidation process. Also, high stress levels magnify fluid compressibility effects. This is extremely relevant for reservoir engineering, considering the stress level to which reservoirs are usually subjected. Solids compressibility is also evaluated. Values of Biot's coefficient change significantly when high stress levels are imposed, highlighting the importance of considering solids compressibility in these cases. Permeability analyses showed that permeability variation is not influenced by fluid compressibility. These effects can be separated, being possible to define their influence range. Another effect is the formation of low-permeability zones for layers the consolidation process occurs faster, altering fluid flow. The proposed formulation is adequate to describe the studied parameters. The effects of fluid and solids compressibility could be simulated and thoroughly analyzed in this research, providing remarkable results for reservoir geomechanics simulation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-07T19:12:53Z No. of bitstreams: 1 2017_RaimundoFranciscoPérezLeón.pdf: 7336454 bytes, checksum: f76f5a821637892ec5864c055bc1826d (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-10T20:20:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RaimundoFranciscoPérezLeón.pdf: 7336454 bytes, checksum: f76f5a821637892ec5864c055bc1826d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-10T20:20:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RaimundoFranciscoPérezLeón.pdf: 7336454 bytes, checksum: f76f5a821637892ec5864c055bc1826d (MD5) Previous issue date: 2017-08-10 / A região do Distrito Federal apresenta-se recoberta por um manto de solo poroso colapsível com espessuras que vária de centímetros a dezenas de metros. Estes solos quando sometidos a um carregamento ou aumento do teor de umidade sob tensões praticamente constantes experimentam uma redução de volume denominada colapso, o que pode provocar danos estruturais nas edificações. As fundações com inclusões rígidas têm sido estudadas desde finais do século XX no Mexico e na Europa com a finalidade de controlar os recalques e diminuir os custos nas fundações de edifícios de pouca altura sobre solo mole. Atualmente, é uma das técnicas de fundação mais empregadas nestas condições, devido ao bom desempenho observado e ao baixo custo em relação a outras soluções. Este trabalho visa estudar o comportamento de fundações com inclusões rígidas como alternativa para o controle de recalques no solo colapsível do Distrito Federal, empregando a estratigrafia do Campo Experimental da UnB, onde foram realizados numerosos ensaios de campo e laboratório, e a espessura da camada colapsível atinge 8,5 m. As análises foram feitas mediante modelagem numérica, o que permite estudar problemas complexos que envolvem muitas variáveis e fenômenos pouco estudados neste tipo de fundação. Primeiramente foi realizada uma análise paramétrica para avaliar a influência das principais variáveis na eficiência da fundação. Posteriormente, foi feita a modelagem tridimensional de um projeto real de um prédio de quatro andares, empregando na análise, fundação com inclusões rígidas e comparado com outros tipos de fundações. Por último, propõe-se uma metodologia para a análise e desenho de fundações com inclusões rígidas utilizando métodos numéricos. / The region of The Federal District of Brasilia has a superficial layer formed by collapsible, porous, clay soil. It presents a thicknesses ranging from few centimeters to several meters in depth. This top layer of porous clay presents low resistance to penetration (Standard Penetration Test, SPT, ranging from 1 to 6 strokes), which exhibits a very unstable structure, that when subjected to an increased in moisture and / or a change of tension state, almost always presents a volume change; this phenomenon is known as collapse, notorious to cause damages to buildings. Rigid inclusions foundations have been studied since the late twentieth century in Mexico and Europe, for settlement control and to reduce costs of small buildings over soft soil. Currently, it is one of the most employed foundation techniques used in these conditions, because of the superior performance and the relatively low cost when compared to other solutions. The primary objective of this study is to study the behavior of foundations with rigid inclusions as an alternative for settlement control of the collapsible soil present in the Federal District. The investigation was conducted through the use of stratigraphy performed on the Experimental Fields of University of Brasilia (UnB) where numerous field and laboratory tests have been employed, and the thickness of the collapsible layer reaches 8,50 m deep. Analysis was performed via numerical modeling, which provided a manner to study complex problems involving many variables and phenomena, which little investigation has been performed on this type of foundation. First, a parametric analysis was employed, in effort to evaluate the influence of main variables on the foundation efficiency. Moreover, a threedimensional modeling of a real four story building design was implemented: utilizing a foundation with rigid inclusions, and the analysis was compared to other types of foundations. Finally, it proposes a methodology for the analysis, and foundations design of rigid inclusions by means of numerical methods.