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[en] A COUPLED MODEL FOR TWO-PHASE FLOW THROUGH ELASTOPLASTIC POROUS MEDIA / [pt] UM MODELO ACOPLADO PARA FLUXO BIFÁSICO EM MEIOS POROSOS ELASTOPLÁSTICOSNELSON INOUE 21 December 2005 (has links)
[pt] Este trabalho estuda um modelo acoplado de deformação e
fluxo, baseado na teoria de Biot, para solos saturados e
não saturados, porém levando-se em consideração a não
linearidade física do solo. Na condição não saturada o
fluxo do fluido pode ser considerado bifásico ou
monofásico. No caso de fluxo bifásico o modelo calcula
simultaneamente a pressão de água e do ar, possibilitando
assim, a avaliação dos valores da sucção. O grau de
saturação é então determinado a partir dos valores obtidos
de sucção. Uma vez conhecido o grau de saturação é
possível avaliar a permeabilidade relativa do solo para o
fluxo de água e ar, tornando o problema não linear em
relação à permeabilidade. No problema de fluxo monofásico
a pressão de ar é mantida constante, assumindo-se o valor
da pressão atmosférica. O comportamento não linear da
relação tensão-deformação em solos não saturados é
avaliado pelo modelo básico de Barcelona (BBM), baseado na
teoria da plasticidade e conceitos de comportamento de
solos no estado crítico. Este modelo pode ser compreendido
como uma generalização do modelo Cam Clay freqüentemente
usado para representação do comportamento mecânico de
solos saturados. A influência da sucção na resistência ao
cisalhamento de solos não saturados é verificada por meio
de algumas aplicações numéricas. Neste trabalho, a não
linearidade física de solos secos e saturados também é
simulada através do modelo elastoplástico de Lade & Kim. / [en] This dissertation studies a coupled flow and deformation
model for saturated and non-saturated soils, based on
Biot`s theory but taking into account the nonlinear
material behavior of soil. In the non-saturated condition
the fluid flow can be considered either as a two-phase or
an one-phase problem. In the two-phase case, the model
calculates the pressure of air and water simultaneously,
thus permitting the evaluation of the pore suction values
and the degree of saturation. Once known, the degree of
saturation is used for the determination of the relative
permeability of the soil considering the flow of water and
air, solving a problem that is nonlinear with respect to
permeability. In the one-phase flow, the pressure of air
is kept constant and equal to the atmospheric pressure.
The stress-strain nonlinear behavior of non-saturated
soils is modeled through the basic Barcelona model (BBM
model) based on plasticity theory and concepts from the
critical state behavior of soils. This model may be
understood as an extension of the modified Cam Clay model
frequently used for representation of the mechanical
behavior of saturated soils. The suction influence on the
shear resistance of non-saturated soils is examined
through some numerical applications. In this work, the
material nonlinearity of dry or saturated soils is also
simulated through the Lade & Kim elastoplastic model.
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[pt] MAPEAMENTO DE SIMULAÇÃO DE FRATURA E FRAGMENTAÇÃO COESIVA PARA GPUS / [en] MAPPING COHESIVE FRACTURE AND FRAGMENTATION SIMULATIONS TO GPUSANDREI ALHADEFF MONTEIRO 11 February 2016 (has links)
[pt] Apresentamos um método computacional na GPU que lida com eventos
de fragmentação dinâmica, simulados por meio de zona coesiva. Implementamos
uma estrutura de dados topológica simples e especializada para
malhas com triângulos ou tetraedros, projetada para rodar eficientemente e
minimizar ocupação de memória na GPU. Apresentamos um código dinâmico
paralelo, adaptativo e distribuído que implementa a formulação de modelo
zona coesiva extrínsica (CZM), onde elementos são inseridos adaptativamente,
onde e quando necessários. O principal objetivo na implementação
deste framework computacional reside na habilidade de adaptar a malha
de forma dinâmica e consistente, inserindo elementos coesivos nas facetas
fraturadas e inserindo e removendo elementos e nós no caso da malha adaptativa.
Apresentamos estratégias para refinar e simplificar a malha para
lidar com simulações dinâmicas de malhas adaptativas na GPU. Utilizamos
uma versão de escala reduzida do nosso modelo para demonstrar o impacto
da variação de operações de ponto flutuante no padrão final de fratura.
Uma nova estratégia de duplicar nós conhecidos como ghosts também é
apresentado quando distribuindo a simulação em diversas partições de um
cluster. Deste modo, resultados das simulações paralelas apresentam um
ganho de desempenho ao adotar estratégias como distribuir trabalhos entre
threads para o mesmo elemento e lançar vários threads por elemento. Para
evitar concorrência ao acessar entidades compartilhadas, aplicamos a coloração
de grafo para malhas não-adaptativas e percorrimento nodal no caso
adaptativo. Experimentos demonstram que a eficiência da GPU aumenta
com o número de nós e elementos da malha. / [en] A GPU-based computational framework is presented to deal with
dynamic failure events simulated by means of cohesive zone elements. We
employ a novel and simplified topological data structure relative to CPU
implementation and specialized for meshes with triangles or tetrahedra,
designed to run efficiently and minimize memory requirements on the GPU.
We present a parallel, adaptive and distributed explicit dynamics code that
implements an extrinsic cohesive zone formulation where the elements are
inserted on-the-fly, when needed and where needed. The main challenge
for implementing a GPU-based computational framework using an extrinsic
cohesive zone formulation resides on being able to dynamically adapt the
mesh, in a consistent way, by inserting cohesive elements on fractured
facets and inserting or removing bulk elements and nodes in the adaptive
mesh modification case. We present a strategy to refine and coarsen the
mesh to handle dynamic mesh modification simulations on the GPU. We
use a reduced scale version of the experimental specimen in the adaptive
fracture simulations to demonstrate the impact of variation in floating point
operations on the final fracture pattern. A novel strategy to duplicate ghost
nodes when distributing the simulation in different compute nodes containing
one GPU each is also presented. Results from parallel simulations show
an increase in performance when adopting strategies such as distributing
different jobs amongst threads for the same element and launching many
threads per element. To avoid concurrency on accessing shared entities, we
employ graph coloring for non-adaptive meshes and node traversal for the
adaptive case. Experiments show that GPU efficiency increases with the
number of nodes and bulk elements.
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[en] INVESTIGATION OF HYDRAULIC FRACTURING THROUGH ANALYTICAL AND NUMERICAL MODELS / [pt] INVESTIGAÇÃO DO FRATURAMENTO HIDRÁULICO POR MODELAGENS ANALÍTICA E NUMÉRICARENATO GUTIÉRREZ ESCOBAR 22 November 2016 (has links)
[pt] O processo de fraturamento hidráulico tem sido amplamente usado para aumentar o volume de petróleo e gás extraído na indústria petroleira. Durante a injeção de fluido, uma região determinada do reservatório é fraturada com a finalidade de aumentar a permeabilidade do meio poroso, de tal forma que o fluxo do fluido desde o reservatório para o poço seja favorecido notoriamente. Porém, este processo pode ocasionar danos ambientais tais como contaminação de aguas subterrâneas, vazamentos de gás, fraturas indesejadas nas camadas capeadoras pela injeção de agua e atividade sísmica fazendo primordial um estudo rigoroso do fraturamento hidráulico com a finalidade de reduzir os riscos potenciais associados a esta operação. Umas das metodologias usadas para projetar o fraturamento hidráulico é a simulação computacional. É possível determinar o volume injetado e a potência da bomba de injeção necessária para obter a geometria de fratura (comprimento, abertura e altura) desejada. A modelagem numérica através de elementos coesivos acoplados do processo de fraturamento hidráulico pode ser efetuada considerando o processo transiente ou permanente, tendo geometrias da fratura e curvas de injeção diferentes. Neste trabalho foi simulado numericamente o modelo KGD nos regimes de fluxo transiente e permanente para dois casos de estudo, (1) injeção numa única camada e (2) injeção em três camadas com contraste de tensões e poropressões entre elas. O estudo numérico foi desenvolvido usando o método dos elementos finitos com modelo de zona coesiva no software Abaqus o qual foi comparado com as soluções analíticas do KGD no regime dominado pela rigidez (Vértice-K) para uma camada e de Simonson e Fung para três camadas. / [en] The hydraulic fracturing process has been widely used to improve oil and gas recovery in the petroleum industry. During the fluid injection, the desired section of rock formation is fractured in order to increase the permeability of the medium that can facilitate the flow of oil to a producing well. However, this process can lead to potential environmental risks such as seismic activity, unwanted fractures in cap layers by water injection, water contamination and gas leakage making primordial to develop a rigorous study in order to reduce this environmental risks associated to hydraulic fracturing. One of the studies developed to design the hydraulic fracturing is computational simulation to determine the fluid volume and hydraulic horsepower required in order to produce the wanted fracture geometry (length, opening and height). The numerical modelling of fracturing process by using fully coupled cohesive element hydraulic can be carried out considering either a steady state or a transient analysis, which modify the fracture geometry and injection pressure. In this work, the KGD model is simulated in transient and steady analysis for two cases: (1) injection in a single layer formation and (2) injection in tri-layered formation with stress and porepressure contrast between them. The numerical simulation of a hydraulic fracturing is carried out using the finite element method with the zone cohesive model in Abaqus whose results are compared with analytical solutions of toughness-dominated propagation regime for the one layer formation model and Simonson and Fung analytical solutions for tri-layered formations model.
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[pt] CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES MECÂNICAS DE CONGLOMERADOS / [en] CHARACTERIZATION AND MECHANICAL PROPERTIES OF CONGLOMERATESDANILO ANDRES JIMENEZ UGALDE 03 August 2020 (has links)
[pt] Os conglomerados são um tipo de rocha sedimentar, compostos pela mistura de blocos de rocha duros imersos em uma matriz fina branda. Os blocos no conglomerado fazem com que o estudo de suas propriedades mecânicas, através de ensaios convencionais de laboratório, seja de difícil execução. Por outro lado, os ensaios in-situ resultam mais representativos para definir as propriedades mecânicas deste tipo de materiais, mas em geral sua execução é muito demorada e representa um alto custo, o que justifica sua utilização somente em projetos de grande porte. Neste trabalho foi realizada a caracterização geotécnica de um conglomerado localizado no sul da Costa Rica, com o principal objetivo de definir,
separadamente, as propriedades mecânicas dos blocos e da matriz. Os ensaios de caracterização e resistência utilizados nesta pesquisa foram realizados no laboratório de geotecnia do Instituto Costarriquense de Eletricidade e no laboratório de Interação Rocha-Fluido na PUC-Rio. Em uma segunda fase foi realizada a modelagem numérica do conglomerado através do método dos elementos finitos
utilizando o programa PLAXIS 2D v2014. Da interpretação dos resultados dos ensaios numéricos foram obtidos os parâmetros de resistência e deformabilidade do conglomerado para diferentes escalas. Finalmente, os parâmetros mecânicos resultantes da modelagem numérica foram comparados com os obtidos na interpretação de ensaios de campo realizados na mesma litologia, especificamente
ensaios de placa e cisalhamento direto multi-estagio, corroborando desta forma a validez da estimativa realizada. / [en] Conglomerates are a type of sedimentary rock constituted by hard rock blocks embedded in a fine soft matrix. Due to the blocks present in the conglomerate, the study of mechanical properties by conventional laboratory tests is complicated. On the other hand, in-situ tests are more representative to define the mechanical properties of this type of materials; however, conducting these tests implies a lot of time and high costs, and their use is justified only for large-scale projects. This study provides the geotechnical characterization of a conglomerate located in the southern region of Costa Rica, where a large part of the works of the El Diquís Hydroelectric Project (PHED) will be built. The first objective of this research was
to define the mechanical properties of the blocks and the matrix separately by using the results of characterization and strength tests. These tests were developed at the Geotechnical Laboratory of the Costa Rican Electricity Institute and the Rock-Fluid Interaction Laboratory at PUC-Rio. At a second research stage, numerical tests were conducted on virtual conglomerate samples. The creation of the virtual
samples was based on the field and laboratory works performed during the first research stage. The numerical tests using virtual samples were carried out by applying the finite element method in the PLAXIS 2D 2014 program. The interpretation of the test results allowed determining the strength and deformability
parameters of the conglomerate at different scales of the samples under analysis. Finally, the mechanical parameters derived from the numerical modeling were compared with the data from the interpretation of the field tests performed as part of the geotechnical studies at the dam site of the PHED, where plate load tests and multistage direct shear tests were carried out, thus corroborating the validity of the
estimation that was made.
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[pt] PROCESSO DE REVESTIMENTO COM SUSPENSÃO DE PARTÍCULAS / [en] SLOT COATING OF PARTICLE SUSPENSIONSIMONE BOCHNER DE ARAUJO 25 May 2015 (has links)
[pt] O processo de revestimento por extrusão é um método muito utilizado na manufatura de diversos produtos. Ele pertence à uma classe de processos de revestimento chamada revestimento com vazão pré-fixada: para operações em regime permanente, a espessura da camada de líquido revestida é definida pela vazão na entrada do equipamento e pela velocidade do substrato. Para diversas aplicações, o líquido de revestimento é uma suspensão de partículas. A abordagem comumente usada é analisar o escoamento como se o fluido fosse Newtoniano, onde sua viscosidade é avaliada pela concentração média de partículas. Porém, dados experimentais mostram que a distribuição de partículas não é uniforme em escoamentos com cisalhamento. Além disso, a distribuição de partículas no filme após o processo de revestimento afetará a estrutura final do filme e, consequentemente, a qualidade final do produto. Portanto, é importante entender os fundamentos do processo de revestimento com suspensão de partículas para melhor descrever este processo e prever comportamentos desse escoamento. O objetivo do presente trabalho é estudar diferentes mecanismos de migração de partículas em suspensão que podem afetar a distribuição de partículas no filme revestido; como mecanismos de difusão e sedimentação. O modelo apresentado leva em consideração a dependência da viscosidade pela concentração local de partículas e o efeito de Marangoni. Dois modelos diferentes foram usados para estudar o escoamento de Marangoni. No primeiro, o transporte de partículas entre a superfície e o escoamento é considerado muito mais rápido que a difusão no escoamento de tal forma que o fluxo líquido é zero e a concentração de partículas na região do escoamento próxima à superfície. No segundo, um modelo mais completo, os efeitos de adsorção e dessorção de partículas pela interface é considerado. O sistema final de equações e não-linear e, com as condições de contorno apropriadas, é resolvido pelo método de Galerkin em elementos finitos e pelo método de Newton. O escoamento é bi-dimensional e, portanto, elementos bi-dimensionais são utilizados para descrever o domínio do problema. Entretanto, para avaliar a concentração ao longo da superfície, foi necessário criar um elemento uni-dimensional. O acoplamento entre estas duas classes de elementos também é discutido. Os resultados mostram que a distribuição de partículas do filme revestido é uma forte função da espessura do filme e das propriedades da suspensão, como a densidade das partículas e coeficientes de difusão. O escoamento de Marangoni pode afetar o padrão de recirculação e a distribuição de concentração de partículas. Além disso, os resultados mostram que a adsorção e dessorção de partículas na interface afetam fortemente a distribuição de partículas. / [en] Slot coating is a common method in the manufacturing of a wide variety of products. It belongs to a class of coating method known as premetered coating: in a steady state operation, the thickness of the coated liquid layer is set by the flow rate fed to the die and the speed of the substrate moving past, and is independent of other variables of the process. For many applications, the coating liquid is a particle suspension. The commom simplified approach is to study the flow as Newtonian and evaluate its viscosity based on the average particle concentration. However, experimental data shows that particle distribution is in fact non-uniform in shear flows. Moreover, particle distribution along the film thickness during the coating process will affect the final fim structure and consequently product performance. Hence, it is important to understand the fundamentals of coating process with particle suspension to better describe and predict the behavior of the flow and the particle distribution in the coated layer. The goal of the present work is to study different particle migration mechanisms in a suspension that may affect particle distribution in the coated film; such as diffusive mechanisms and sedimentation. The model presented takes into account the viscosity dependency and local particle concentration and surface-active particles, i.e. Marangoni effect. Two different approaches were used to study Marangoni flow. First, the bulk-interface transport is considered much faster than bulk diffusion such that the net flux is zero and surface concentration is equal bulk concentration. The second, more complete model, considers adsorption and desorption fluxes from the interface. The non-linear system of equations, with appropriate boundary conditions, is solved by Galerkin Finite Element Method and Newton s Method. The flow is two-dimensional and therefore two-dimensional elements are used to describe flow domain. Nonetheless, in order to evaluate particle concentration along the interface a one-dimensional element was created. The coupling between those two classes of elements of discussed. The results show that the particle distribution on the coated layer is a strong function of the film thickness and suspension properties, such as particle density and diffusion coefficients. The Marangoni flow associated with surface tension gradient due to particle concentration variation along the interface can change the recirculation pattern and particle concentration distribution. Furthermore, the results show that particle adsorption and desorption from interface have a strong effect on the particle distribution.
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[es] APLICACIÓN DE ELEMENTOS FINITOS DE INTERFACE A MODELOS DE MODOS MIXTOS DE FISURAS / [pt] APLICAÇÃO DE ELEMENTOS FINITOS DE INTERFACE À MODELAGEM DE MODOS MISTOS DE FISSURAÇÃO / [en] MODELING OF MIXED MODE CRACKS IN MASONRY STRUCTURES USING INTERFACE FINITE ELEMENTSLUCIANA ERICEIRA LOPES 20 February 2001 (has links)
[pt] A alvenaria é um material largamente utilizado, e é
fundamental a realização de pesquisas para caracterizar
seu
desempenho e elevar a sua utilização a um aspecto mais
estrutural, não apenas funcional (separação de ambientes).
Neste trabalho é apresentada uma modelagem em elementos
finitos para estruturas de alvenaria. Utilizando um
modelo
numérico sofisticado com base no Método dos Elementos
Finitos, associado a um modelo constitutivo adequado,
busca-
se uma representação mais real do comportamento destas
estruturas.
A modelagem da alvenaria consiste na representação do
comportamento dos tijolos e da argamassa, assim como da
interação entre eles. Elementos de interface apresentam-
se
como uma escolha natural para a descontinuidade física,
intrínseca ao problema. Adicionalmente, eles podem
representar fissuras provenientes tanto do modo I quanto
do
modo II, as quais representam aberturas potenciais e
deslizamentos no plano, respectivamente. Para isso é
necessário acoplá-los a modelos constitutivos que
detectem
os diversos modos de ruptura do sistema.
Também são necessárias avançadas estratégias de solução
que
permitam seguir a formação de deformações localizadas.
Como
estratégias empregadas pode-se citar o controle de
deslocamentos direto, controle de deslocamento relativo e
controle de comprimento de arco.
Neste trabalho, um modelo elasto-plástico baseado no
critério de escoamento de Mohr-Coulomb foi escolhido para
a
representação da interface de argamassa. Exemplos foram
analisados comparativamente com resultados numéricos e
experimentais. / [en] Since masonry is a widely employed material, it is
fundamental to better
characterize its structural performance and extend its use
beyond functional
applications (separation of environments).
In this work a finite element model for masonry structures
is presented. By
using a sophisticated numerical tool based on the finite
element method, associated
to suitable constitutive models, the behavior of these
structures is represented in a
more realistic way.
Masonry modeling consists in representing the behavior of
bricks and mortar,
as well as the interaction between them. Interface elements
present themselves as a
natural choice for representation of the intrinsic physical
discontinuities of the
problem. Additionally, they can represent cracks arising
from either mode I or mode
II fracture, which represent potential opening and sliding
planes, respectively. This
requires the coupling of interface elements with
constitutive models which embrace
several system failure modes.
In this work, an elasto-plastic model based on the Mohr-
Coulomb yield criteria
was chosen for the representation of the mortar interface.
The brittle response of these structures often leads to
localized failure modes.
Advanced strategies of solution that allow us to follow the
formation of localized
strains are employed, namely displacement control, relative
displacement control and
the arc-length method.
Application of this numerical tool to some numerical
examples is shown and
compared to experimental results. / [es] El hormigón es un material largamente utilizado por lo que es fundamental la realización de investigaciones para
caracterizar su desempeño y extender su uso a un aspecto más extructural y no apenas funcional (separación de
ambientes). En este trabajo se presenta un modelo de elementos finitos para extructuras de hormigón. Utilizando
un modelo numérico sofisticado con base en el Método de los Elementos Finitos, asociado a un modelo
constitutivo adequado, se busca una representación más real del comportamiento de estas extructuras. El modelo
representa el comportamiento de los ladrillos y de la argamasa, así como de la interacción entre ellos. Elementos
de la interface se presentan como una selección natural para la discontinuidad física, intrínseca al problema.
Adicionalmente, se pueden representar fisuras provenientes tanto del modo ? como del modo ??, las cuales
representan aberturas potenciales y deslizamentos en el plano, respectivamente. Para ello es necesario
acoplarlos a modelos constitutivos que detectan los diversos modos de ruptura del sistema. Tembién son
necesarias estrategias de solución avanzadas que permitan seguir la formación de deformaciones localizadas.
Como estrategias empleadas se pueden citar: el control de deslocamentos, control de deslocamento relativo y
control del largo del arco. En este trabajo se eligió un modelo elasto-plástico basado en el criterio de
Mohr-Coulomb para la representación de la interface de argamasa. A modo de comparación se analizaron varios
ejemplos con resultados numéricos y experimentales.
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[en] IMPLEMENTATION OF NUMERICAL PROCEDURES FOR THE ANALYSIS OF DRAINING ELEMENTS IN SOILS / [pt] IMPLEMENTAÇÃO DE PROCEDIMENTOS NUMÉRICOS PARA A ANÁLISE DE ELEMENTOS DRENANTES EM SOLOSHEBER AUGUSTO COTARELLI DE ANDRADE 12 December 2003 (has links)
[pt] Esta pesquisa visa o desenvolvimento de uma ferramenta
numérica capaz de simular a inclusão de elementos drenantes
em solos, sejam eles representados por drenos
subhorizontais ou poços, constituindo sistemas de drenagem
amplamente utilizado em estabilidade de encostas, túneis,
escavações e outros. A implementação foi gerada nos
programas de fluxo SWMS_2D e SWMS_3D (Simunek e outros,
1994). A formulação proposta considera a equação de fluxo
do elemento drenante e a estratégia numérica de sua
inclusão na equação de fluxo do solo pelo método dos
elementos finitos. Algumas análises numéricas foram
realizadas visando a validação do algoritmo. Para os poços
foram analisados os casos confinados e não confinados e
em regime permanente e transiente, comparando as soluções
numéricas obtidas com as soluções analíticas de Theis
(1935) (Freeze, 1979), para aqüífero confinado, e de
Neumann (1975), para aqüífero não confinado. Para os drenos
subhorizontais, propõe - se aqui uma metodologia de análise,
levando em consideração os parâmetros hidráulicos e
geométricos de um elemento de dreno. Sua aplicação atual
não requer muito rigor e este estudo vem com a proposta de
ser uma ferramenta geotécnica na fase de projeto de uma
obra. / [en] This research aims at the development of a numerical tool
capable to simulating the inclusion of draining elements in
soils. These elements are represented by subhorizontais
drains or wells, constituting systems geotechnical
widely used in stability of slopes, tunnels and other
problems. The implementation was based in the finite
elements programs of flow SWMS_2D and SWMS_3D (Simunek e
outros, 1994). The proposed formulation considers the
equation of flow of the draining element and the numerical
strategy of its inclusion by using the method finite
elements. A few numerical analyses were carried out aiming
at the validation of the proposed algorithm. For the wells,
the confined and unconfined cases and in permanent and flow
transient conditions have been analyzed, comparing the
obtained numerical solutions with the analytical one by
Theis (1935) (Freeze, 1979), for water-bearing confined,
and one by Neumann (1975), for water-bearing unconfined.
For the subhorizontais drains, an analysis methodology is
proposed here, taking in to consideration the hydraulical
and geometric parameters of a drain element. In this case
illustrative examples are presented. The implementation
carried out is a simplified one but is should be adequate
for the design of geotechnical structures.
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[pt] ESTABILIDADE E DEFORMAÇÃO DE TALUDES DE SOLO SOB CARREGAMENTO SÍSMICO / [en] STABILITY AND DEFORMATION OF SOIL SLOPES UNDER SEISMIC LOADCARLOS HUGO SOTO MOROTE 15 February 2007 (has links)
[pt] O comportamento sísmico de taludes tem sido um tópico de
grande
interesse da engenharia geotécnica nos últimos 40 anos.
Durante este período, a
prática da engenharia nesta área evoluiu do emprego de
técnicas elementares para
procedimentos numéricos bastante complexos. A abordagem
mais simples é a
análise pseudo-estática na qual o carregamento do
terremoto é simulado por uma
aceleração horizontal estática equivalente atuando na
massa de solo deslizante,
utilizando-se um procedimento de equilíbrio limite
(método
das fatias),
geralmente conservativo. O parâmetro que descreve o
comportamento dinâmico
do solo é referido como coeficiente sísmico k, e sua
seleção depende fortemente
da experiência e normas técnicas locais, porque não há
maneira simples e segura
de se escolher um valor adequado. O segundo procedimento
é
conhecido como
método de Newmark, que envolve o cálculo de uma
aceleração
de escoamento,
definida como a força inercial necessária para o fator
de
segurança atingir 1 em
uma análise pseudo-estática pelo método de equilíbrio
limite. O procedimento
então usa os registros de aceleração do terremoto de
projeto e o integra
duplamente no tempo para calcular os deslocamentos
permanentes acumulados.
O terceiro método é referido como análise de Makdisi-
Seed,
que procura definir a
estabilidade sísmica do talude em termos de
deslocamentos
aceitáveis em vez de
um fator de segurança tradicional através de uma versão
modificada do método de
Newmark. Esta técnica apresenta uma maneira racional de
calcular uma
aceleração de escoamento média, necessária para produzir
um valor do coeficiente
de segurança do talude igual a 1. Gráficos específicos
foram também
desenvolvidos para estimativa dos deslocamentos
permanentes, tendo sido
bastante aplicados em aterros rodoviários, barragens e
aterros sanitários.
Finalmente, o mais sofisticado método para análise de
estabilidade sísmica de
taludes é conhecido como análise dinâmica, que
normalmente
incorpora modelos
de elementos finitos e relações tensão x deformação
complexas numa tentativa de obter melhores
representações
para o comportamento mecânico de taludes sob
cargas cíclicas Os resultados destas análises podem
incluir a história no tempo dos
deslocamentos e tensões, bem como das freqüências
naturais, efeitos de
amortecimento, etc. Este trabalho apresenta uma
comparação
entre os métodos
mencionados anteriormente, analisando o comportamento
sísmico dos taludes da
estrutura de contenção dos resíduos de lixiviação de
minério de urânio, na Bahia,
e dos taludes do bota-fora sul da mina de cobre
Toquepala,
situada no Peru. / [en] The seismic stability of slopes has been a topic of
considerable interest in
geotechnical engineering for the past 40 years. During
that period, the state of
practice has moved from simples techniques to more
complicated numerical
procedures. The simplest approach is the pseudo-static
analysis in which the
earthquake load is simulated by an equivalent static
horizontal acceleration
acting on the mass of the landslide, according to a
generally conservative limit
equilibrium analysis. The ground motion parameter used in
a pseudo-static
analysis is referred to as the seismic coefficient k, and
its selection has relied
heavily on engineering judgment and local code
requirements because there is no
simple method for determining an appropriate value. The
second main procedure
is known as the Newmark displacement analysis which
involves the calculation of
the yield acceleration, defined as the inertial force
required to cause the static
factor of safety to reach 1 from the traditional limit
equilibrium slope stability
analysis. The procedure then uses a design earthquake
strong-motion record which
is numerically integrated twice for the amplitude of the
acceleration above the
yield acceleration to calculate the cumulative
displacements. These displacements
are then evaluated in light of the slope material
properties and the requirements of
the proposed development. The third method is referred to
as the Makdisi-Seed
analysis sought to define seismic embankment stability in
terms of acceptable
deformation instead of conventional factors of safety,
using a modified Newmark
analysis. Their method presents a rational means to
determine yield acceleration,
or the average acceleration required to produce a factor
of safety of unity. Design
curves were developed to estimate the permanent earthquake-
induced
deformations of embankments, which have since been applied
to sanitary landfill and highway embankments. Finally, the
most sophisticated method for seismic
slope stability calculations is known as the dynamic
analysis, which normally
incorporates a finite element model and a rather complex
stress-strain behavior for
geological materials in an attempt to obtain a better
representation of the behavior
of soils under cyclic loading. The results of the analysis
can include a time
history of displacements and stresses, as well as natural
frequencies, effects of
damping, etc. This work presents a comparison of the
results obtained by the
aforementioned approaches, considering the seismic
behavior of the slopes of an
uranium lixiviation pad situated in Bahia, Brazil, and the
South embankment of
the waste landfill of the Toquepala Mine, Peru.
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[pt] ESCOAMENTO EM MEIOS POROSOS COM MACROPOROS UTILIZANDO O MODELO DE BRINKMAN / [en] FLOW IN POROUS MEDIA WITH MACROPORES USING BRINKMAN S MODELMONIQUE FEITOSA DALI 28 August 2019 (has links)
[pt] O presente trabalho foca em uma investigação numérica do escoamento através de meios porosos com macroporos, como os carbonatos. A presença de vugs e fraturas tem um forte efeito na característica do escoamento. O fluxo através da matriz porosa é geralmente descrito pela equação de Darcy e o fluxo através dos macroporos pela equação de Stokes. O acoplamento entre essas duas abordagens distintas traz grande complexidade para a modelagem de tais fluxos. Neste trabalho, utilizamos a formulação de Brinkman que é capaz de descrever ambos os fluxos através da matriz porosa e macroporos com uma única equação diferencial. Resolvemos o sistema de equações diferenciais usando o modelo de elementos finitos e implementamos o código com auxílio da plataforma FEniCS. Primeiro, resolvemos o fluxo 1-D através de placas paralelas com uma das paredes sendo um material poroso. O objetivo foi comparar as previsões obtidas pela formulação de Brinkman com aquela obtida usando a condição de contorno de Beavers-Joseph. Então, resolvemos um fluxo 2-D através de um meio poroso com macroporos. A geometria da estrutura porosa foi obtida a partir de cortes 2D de imagens tomográficas de carbonatos. O objetivo desta análise foi avaliar uma permeabilidade equivalente em função da área e estrutura dos macroporos. / [en] The present work focuses on a numerical investigation of the flow through porous media with macropores, such as carbonates. The presence of vugs and fractures have a strong effect on the flow characteristics. The flow through the porous matrix is usually described by the Darcy equation and the flow through the macropores by Stokes equation. The coupling between these two distinct approaches brings great complexity to the modeling of such flows. In this work, we use Brinkman formulation that is able to describe the flow, both in the porous matrix and macropores with a single differential equation. We solved the set of differential equations using the finite element model and implemented the code in the FEniCS platform. We first solved the 1-D flow through parallel plates with one of the walls being a porous material. The goal was to compare the predictions obtained with the Brinkman formulation to that obtained by using the Beavers-Joseph boundary condition. Then, we solved a 2-D flow through a porous medium with macropores. The geometry of the pore structure was obtained from 2D slices of tomographic images of carbonates. The goal of this analysis was to evaluate an equivalent permeability as a function of macropores area and structures.
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[pt] MODELAGEM NUMÉRICA DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MATERIAIS COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS EM UMA ABORDAGEM MULTIESCALA / [en] NUMERICAL MODELING OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF CEMENT COMPOSITE MATERIALS IN A MULTISCALE APPROACHMARCELLO CONGRO DIAS DA SILVA 10 September 2020 (has links)
[pt] Nos últimos anos, os materiais compósitos cimentícios vêm ganhando destaque na indústria da construção civil. Suas excelentes propriedades mecânicas e contribuição para o controle de propagação de fissuras são um atrativo para seu emprego como material de construção. No entanto, normas técnicas para projeto envolvendo estes materiais e estruturas ainda não são consagradas. Uma melhor compreensão do comportamento de materiais cimentícios com adição de fibras requer o estudo de suas fases e da interação entre elas. Análises em diferentes escalas possibilitam esta representação. Tensões e deformações, dano e iniciação de fissuras ocorrem na escala das heterogeneidades e ajudam a explicar e prever o comportamento do concreto em uma escala macroscópica. A modelagem e simulação do comportamento destes compósitos é complexa e desafiadora. Para tal, é necessário definir os principais mecanismos que descrevem o comportamento do material de modo a escolher a descrição matemática adequada. Esta dissertação propõe metodologias para a modelagem numérica multiescala de materiais compósitos cimentícios. A partir de informações obtidas na escala do material, busca-se compreender melhor o comportamento global do compósito. Para isto, serão desenvolvidos métodos numéricos e computacionais baseados no Método dos Elementos Finitos, em técnicas de Inteligência Artificial e nos conceitos da Mecânica do Dano Computacional. Na macroescala, um modelo contínuo equivalente é desenvolvido através de técnicas probabilísticas e de Inteligência Artificial. Na mesoescala, duas abordagens são propostas. A primeira inclui as fibras através de elementos de interface, e a segunda através de um novo elemento compósito fibra-matriz. Os modelos desenvolvidos permitem avaliar a evolução do dano, o processo de propagação de fissuras, e o comportamento global carga-deslocamento do compósito até a ruptura. Resultados experimentais da literatura suportam as conclusões do trabalho. / [en] In recent years, fiber reinforced cement-based materials have gained relevance in the civil engineering industry. Due to its excellent mechanical properties and contribution to crack propagation control, there is a great appeal to its usage as a construction material. However, technical standards for fiber reinforced concrete are still not established. A better understanding of the behavior of cement composite materials requires the representation of the material phases and their interfacial behavior. Stresses and strain distributions, damage evolution and fracture initiation develop at the observation scale of the heterogeneities and help to explain and predict the behavior of concrete at a macroscopic level. The numerical modeling of these composites emerge as challenging and complex problems. For this, it is necessary to define the main mechanisms that describe the material behavior in order to choose the proper mathematical formulation. This dissertation proposes methodologies for the numerical modeling of cement composite materials in a multiscale approach. From the information obtained at the material scale, this work aims at assessing the global behavior of the composite. Numerical and computational procedures will be developed based on the Finite Element Method, Artificial Intelligence techniques and concepts of Computational Damage Mechanics. At the macroscale, an equivalent continuum model is developed through probabilistic and Artificial Intelligence techniques. At the mesoscale, two approaches are proposed. The first includes the fibers through interface elements. The second adopts a new fiber-matrix composite element. With the models developed here, it is possible to evaluate damage evolution, fracture propagation patterns, load-displacement global behavior of the composite upto failure. Experimental results from the literature give support to the conclusions.
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