Este trabalho busca identificar no registro sísmico de rupturas induzidas em modelos físicos reduzidos, indicativos de emissões espontâneas pelo maciço, associadas ao processo de ruptura na condição de pré-colapso, buscando contribuir para o aperfeiçoamento de técnicas para a melhoria das condições de segurança em escavações de túneis ou em outras obras geotécnicas potencialmente críticas. É utilizado para isto, um sistema de registro sísmico baseado em arquitetura PC de baixo custo. Como a análise dos sinais não é feita em tempo real, para facilitar a interpretação são gravadas imagens de vídeo da escavação sincronizadas com o registro sísmico. Espectrogramas dos trechos significativos selecionados são então analisados em conjunto com as imagens de vídeo e os registros sísmicos, para a verificação da viabilidade técnica da monitoração proposta. Também são sugeridos neste trabalho, alguns critérios necessários para a implementação e utilização de sistemas deste tipo.

O objetivo deste trabalho é apresentar aspectos e diretrizes para a modelagem de túneis e estruturas subterrâneas pelo Método dos Elementos Finitos. Secundariamente, existe a proposta de se verificar a adequabilidade do programa TOCHNOG como uma ferramenta computacional para a resolução de problemas de natureza geotécnica. Uma revisão bibliográfica sobre as práticas correntes de previsão de comportamento do solo frente às escavações é apresentada com o intuito de subsidiar as análises numéricas. São abordadas questões sobre o comportamento do suporte da escavação e métodos de obtenção de esforços solicitantes, bem como sobre modelos constitutivos comumente utilizados em análises numéricas. Simulações numéricas são realizadas com o intuito de fornecer subsídios para a modelagem e o refinamento de uma malha de elementos finitos, além de critérios para utilização de elementos sólidos e de viga. O fluxo de tensões principais no suporte da escavação é estudado com o objetivo de subsidiar a concepção da geometria de uma escavação e dirimir dúvidas quando ao emprego do arco invertido provisório em túneis em solos. Por fim, uma retro-análise do Túnel Paraíso do Metrô de São Paulo é realizada, empregando-se os modelos constitutivos de Mohr-Coulomb e Cam-Clay Modificado para representar o solo e a técnica de amolecimento de miolo para reproduzir o efeito tridimensional do arqueamento de tensões. Comentários são realizados com o objetivo de fomentar futuras pesquisas na área.

Vários centros de pesquisa estão desenvolvendo novos veículos aeroespaciais utilizando tecnologias propulsivas avançadas. Estato-reator a combustão supersônica (scramjet) é a tecnologia propulsiva que apresenta maior potencial dentre as tecnologias em estudo. Scramjets transportam apenas o combustível, normalmente hidrogênio, utilizando o ar atmosférico como oxidante adquirindo a maior parte da energia cinética necessária para atingir a órbita terrestre durante seu vôo atmosférico. Túneis de choque hipersônicos são dispositivos laboratoriais capazes de gerar o ambiente encontrado em vôos hipersônicos, com relação à velocidade, composição química, temperatura e entalpia do escoamento. A investigação experimental da processo da combustão supersônica, em túnel de choque hipersônico, está sendo realizada no Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica Prof. Henry T. Nagamatsu, em São José dos Campos/SP. Investigações através da técnica de espectroscopia de absorção, para caracterização dos produtos da exaustão, bem como a visualização schlieren da interação do escoamento hipersônico com a entrada da seção de combustão do estato-reator a combustão supersônica foram realizadas.

Túneis de vento são ferramentas fundamentais para o estudo da dinâmica dos gases e possibilitam testes de comportamento aerodinâmico de protótipos em regime de escoamento hipersônico. Um tubo de choque é constituído basicamente de uma seção de alta pressão (Driver) e outra de baixa pressão (Driven) separadas por um diafragma de ruptura metálico que atua como uma válvula de pressão rápida conectando ambas as seções. Se acrescentar uma tubeira e um tanque de exaustão, este tubo de choque se torna um túnel de vento hipersônico. A pressão de ruptura do diafragma determina a velocidade de escoamento do gás na seção de baixa pressão e que pode variar desde Mach 6 até Mach 25 no túnel de vento hipersônico instalado no IEAv. Usualmente, o controle da pressão de ruptura é obtido usinando-se microranhuras em forma de cruz na superfície do diafragma metálico que tem por função direcionar a sua fratura e promover sua rápida abertura. A usinagem mecânica das microranhuras é um processo lento e que, com o desgaste natural da ferramenta de corte, apresenta sérios problemas de manutenção das dimensões das microranhuras. Como forma de solucionar este problema é proposta e desenvolvida neste trabalho uma nova técnica de fabricação de microranhuras em diafragmas metálicos utilizando-se um laser pulsado de baixa potência média e com alta taxa de repetição de pulsos. O processo de usinagem a laser permite a obtenção de microranhuras com dimensões reprodutíveis e controláveis com precisão inferior a 0,1 mm, o que favorece o controle preciso da pressão de ruptura do túnel de vento. A gravação das microranhuras foi efetuada em chapas finas de aço AISI 1020 utilizando um laser a fibra de itérbio pulsado com uma potência média de 20 W, largura de pulso de 150 ns e taxa de repetição de 20 kHz. Com este laser foram obtidas microranhuras com larguras inferiores a 0,05 mm e profundidade precisamente controlada entre 0,3 mm e 0,7 mm, controlando com uma mesa CNC com velocidade de usinagem entre 0,5 mm/s e 8,0 mm/s. Os testes de ruptura dos diafragmas de aço foram realizados em um dispositivo hidráulico acionado por pistão desenvolvido neste trabalho e também no túnel de vento hipersônico T1 do IEAv. A pressão de ruptura dos diafragmas obtida com o dispositivo hidráulico foram equivalentes àquela obtida nos testes efetuados no T1. Dessa forma mostra-se ser possível desenvolver e qualificar os diafragmas sem a necessidade de testes no T1, reduzindo o seu custo de fabricação. Com a técnica de gravação a laser utilizada no trabalho a pressão de ruptura no túnel de vento hipersônico pode ser controlada precisamente no intervalo de pressão entre 30 bar e 120 bar, com grande redução no tempo de fabricação e sem perda de reprodutibilidade.

The objective of this work is to investigate the flutter phenomena experimentally, which will unify high aspect ratio wings design for wind tunnel flutter tests (Dowell and Tang, 2002), cheaper aeroelastic models construction and a procedure used by Sheta, Harrand, Thompson and Strganac (2002) to identify the flutter onset power spectral density versus the frequency. Initially, an experimental model developed by Dowell and Tang (2002) has been considered as a baseline model and, from this point, two new models with different wing configurations were determined, including the slender body at wing's tip, which is the idea extracted from Dowell's work, so that the torsion and bending modes are coupled (torsional moment of inertia reduction). The aeroelastic model can be divided into two parts: First, the wings structural dynamic models are computed using the finite element method implements in NASTRAN solver. sequently, ZAERO software is employed to compute the aeroelastic model. Unsteady aerodynamic loading is computed through a lifting surface interference method known as ZONA 6. The wing models defined as test beds will be constructed and tested in different wind tunnels, including open and closed tests section types. The power spectral density approach might be employed as a way to identify flutter. The output signal from an accelerometer placed in the wing structure allows, through its power spectral density computation, the identification of flutter onset condition and the corresponding undisturbed flow speed. The PSD function increase means flow energy extraction, a condition to have flutter. Experimental flutter speeds are close to the theoretically computed ones by ZAERO. From these observations, it is possible to validate the aeroelastic theoretical model in a small disturbance context. After flutter onset , the limit cycle oscillations are observed, fed by freestream energy extraction. The aeroelastic models under investigation in this research are excellent models for nonlinear aeroelastic phenomena behavior study.

O presente trabalho estabelece uma nova metodologia para correção da interferência das paredes de um túnel de vento sobre modelos tridimensionais, utilizando o método dos painéis. O problema de se corrigir os resultados obtidos em túneis aerodinâmicos tem preocupado os operadores desde o início desta atividade, após o aparecimento dos primeiros túneis de vento. As teorias atuais baseiam-se no método das singularidades e fornecem bons resultados no caso de corpos esbeltos simples (teoria do perfil fino), mas, para o caso de configurações mais complexas, com espessura relativa maior, estes resultados obtidos em túnel aerodinâmico é a interferência causada pelo suporte do modelo (mastro). Para avaliar esta interferência devem ser feitos ensaios adicionais, acrescentando mastros imagem e deslocando a posição dos mastros, o que acarreta em custos mais altos para se obterem as informações necessárias ao desenvolvimento do projeto associado ao modelo que está sendo ensaiado. No presente trabalho foi desenvolvido um código computacional, baseado no método dos painéis, para uma geometria complexa (por exemplo, um avião completo), instalada no interior de um túnel de vento e, ainda, considerando-se a presença de um mastro. A idéia é rodar o código levando-se em conta todos os elementos mencionados acima e, em seguida, rodar novamente o código considerando-se somente a geometria complexa. Com os dois conjuntos de resultados numéricos pode-se avaliar a interferência das paredes do túnel e do mastro. A grande vantagem deste método com relação ao aplicado atualmente é a possibilidade de se promover a correção dos resultados em cada ponto da superfície do modelo.

Neste trabalho apresenta-se resultados de uma pesquisa experimental realizada no Laboratório de Plasmas e Processos do ITA, a qual, teve como objetivo principal desenvolver uma infra-estrutura laboratorial para simulação de ambiente de reentrada atmosférica e, em específico executar ensaios de materiais de proteção térmica, adequados a disponibilidade de recursos existentes. Em primeira instância são descritos os principais aspectos da reentrada, agrupando-os numa base de conhecimento necessária para iniciar pesquisas relacionadas à simulação experimental. Numa segunda instância, apresentam-se formas conhecidas de simulação de reentrada, descrevendo as principais características de um túnel de vento a plasma, do aparato experimental utilizado para geração dos jatos de plasma e dos métodos de diagnósticos para caracterização do jato produzido. Quanto ao aspecto prático, primeiro descreve-se características dos equipamentos que foram implementados na câmara de vácuo para ensaio de materiais, dos que já estavam disponíveis e dos que foram especialmente construídos para realização dos experimentos. A câmara com 3,2m3 de volume interno está equipada com sistema de bombeamento adequado para atingir a pressão residual de 10-4N/m2, medidores de vácuo, válvula automática para controle da pressão de processo e fluxímetros para 5 tipos de gases. Levantou-se a capacidade de bombeamento do sistema de vácuo, correlacionando fluxo de gás injetado e pressão, obtendo-se como resultados curvas completas de calibração da Estação Experimental, as quais definem os limites de parâmetros aerodinâmicos que podem ser simulados no sistema. Construiu-se e testou-se três tipos conceituais de geradores de jato de plasma, para ensaios térmicos de materiais: o reator do tipo catodo oco refrigerado a água, duas versões do reator do tipo descarga em regime de arco a baixa pressão, com catodo de mercúrio e condensador de vapor resfriado a nitrogênio líquido e duas versões de tocha de plasma. O reator do tipo descarga em de arco com catodo de mercúrio trata-se de uma concepção inovadora para geração do jato de plasma, através da qual, pode-se obter menor grau de contaminação do jato lançado na câmara de expansão. Foi construída uma fonte de potência elétrica capaz de gerar tensão de 1,6kV e corrente de 3A para produzir a descarga que forma o jato de plasma. Diversos ensaios foram efetuados visando caracterizar os parâmetros operacionais desses reatores bem como mostrar a viabilidade de se produzir na câmara de vácuo um jato de plasma com intensidade adequada para ser utilizado em ensaios térmicos de materiais. Analises de espectrometria de massa foram realizadas para caracterizar as espécies químicas do jato de plasma formado em Ar, N2, O2 e suas misturas. Finalmente ensaios térmicos preliminares confirmaram a aplicabilidade dos jatos de plasma gerados para o adequado teste de material, tendo sido produzidos jatos com potências da ordem de até 2,5MW/m2 em pressões entre 70 e 440N/m2 que correspondem a faixa entre 37 e 52km de atitude. A realização dos trabalhos permitiu ampliar conhecimento e experiência, indicando claramente a possibilidade de se atingir o objetivo principal da equipe de pesquisa que é a realização da proposta de planos para construção de um Túnel de Plasma Brasileiro.

O presente trabalho aborda o estudo do comportamento de túneis em maciços de solo. É dada ênfase na aplicação de análises numéricas com emprego de diferentes modelos constitutivos elasto-plásticos para solos. São apresentadas análises numéricas tridimensionais de um túnel amplamente instrumentado pertencente à Companhia do Metropolitano de São Paulo. As análises são realizadas com auxílio de um programa computacional de elementos finitos. O comportamento do maciço em pontos situados ao redor da escavação é minuciosamente estudado e a capacidade dos modelos em representar adequadamente o comportamento verificado na obra pelas instrumentações é avaliada. Além das análises numéricas o trabalho aborda os principais conceitos relacionados com escavações de túneis em maciços de solo. Conceitos relacionados com a engenharia prática de túneis são apresentados de maneira qualitativa, sem formulações teóricas e matemáticas. Uma revisão bibliográfica com publicações recentes das principais revistas e periódicos que tratam do tema de análise numérica aplicada a túneis é apresentada. O trabalho também apresenta uma revisão dos principais conceitos relacionados com os modelos constitutivos comumente utilizados para análise de problemas de geotecnia. Além do modelo elástico são apresentados os modelos elasto-plásticos de Tresca, von Misses, Drucker-Prager e Mohr-Coulomb. Uma breve introdução aos conceitos básicos de estado crítico, juntamente com as equações do modelo Cam-Clay original e Cam-Clay modificado são apresentadas. Antes da apresentação das equações desses modelos constitutivos, são introduzidos os conceitos básicos relacionados com o comportamento dos materiais elasto-plásticos. Os conceitos de material elástico perfeitamente plástico e de material com endurecimento (ou hardening) e amolecimento (ou softening) são apresentados. Os conceitos de superfície de plastificação e de superfície de potencial plástico também são apresentados. Por fim, são sintetizados os pontos mais relevantes da pesquisa realizada, apontando as limitações do trabalho com sugestões de novos estudos a serem realizados nessa mesma linha de pesquisa. / The present research approaches the study of the behaviour of tunnels in soil. It is given emphasis in the application of numerical analyses using different elasto-plastic constitutive models for soils. Three-dimensional numerical analyses of a widely instrumented tunnel belonging to the Company of the Metropolitan of São Paulo are presented. The analyses are carried through with aid of a computational program of finite elements. The behaviour of the soil mass in points located around the excavation is thoroughly studied and the capacity of the models in adequately representing the field behavior verified by the instrumentations is evaluated. Furthermore, the work approaches the main concepts related to tunneling in soils. Concepts related to practical engineering of tunnels are presented in a qualitative way, without theoretical and mathematical formulations. A literature review of recent publications of the most important periodic magazines and that deal with the subject of numerical analysis applied to tunnels is presented. The work also presents a revision of the main concepts related to the constitutive models normally used for analysis of geotechnical problems. Beyond the elastic model the elasto-plastics models of Tresca, von Misses, Drucker-Prager and Mohr-Coulomb are presented. Brief introductions to the basic concepts of critical state, together with the equations of the (original) Cam-Clay original and (modified) Cam-Clay modified models are presented. Before the presentation of the equations of these constitutive models, the basic concepts of the behaviour of the elasto-plastics materials are introduced. The concepts of perfectly plastic elastic material and material with hardening and softening are presented. The concepts of plastic surface and plastic potencial surface are also presented. Finally, the most relevant points of the research are synthesized, pointing the limitations of the developed work along with suggestions for new studies to be carried through in this line of research.

Os sistemas de classificação maciços rochosos e as redes neurais artificiais possuem diversas similaridades. Existem características que estão presentes nos dois tipos de sistemas: bases de dados são usadas para o seu desenvolvimento; e pesos são parte da representação do conhecimento. Os principais sistemas de classificação geomecânicas (Sistema Q e RMR) podem ser escritos como representações neurais locais. Tais representações permitem uma melhor compreensão do processo de classificação e identificação de padrões realizado pelas classificações convencionais. Experimentos convencionais foram realizados com modelos de redes neurais não-supervisionados. Os modelos não supervisionados permitiriam uma melhor compreensão da distribuição dos dados no espaço de feições. Um modelo supervisionado para escavações subterrâneas em todo domínio do espaço de feições. Importantes relações entre características foram encontradas. / Rock mass classification systems and artificial neural networks have several similarities. There is some characteristics present in both systems: data bases are used in they development, and weights are part of the knowledge representation. The main rock mass classification systems (Q-system and RMR) can be written as local neural network representations. This representation helps a better understanding of the pattern classification and identification process made by the conventional classifications. Computational experiments were made with unsupervised and supervised neural networks models. Unsupervised models allow a better understanding of the data in the feature space. A supervised model allow to make a mapping of the support type used in underground excavation in all feature space domain. Important relations between domain regions characteristics and type of support used were found.

Este estudo objetiva a sistematização do conhecimento, através de uma abordagem multidisciplinar, de forma a conformar uma proposta inicial de protocolo de gestão ocupacional e ambiental em grandes túneis urbanos em âmbito nacional. Há na presente pesquisa uma atenção particular aos túneis urbanos dedicados ao tráfego de veículos automotores, devido às suas características físico-espaciais que os tornam especialmente perigosos e tóxicos aos seus usuários e aos funcionários envolvidos. A relativa carência de material bibliográfico de caráter sistêmico e específico no Brasil enseja à busca por referências em documentos desenvolvidos em outros países. Ainda que em nível preliminar, a compilação crítica de dados, normas e referências pesquisadas, à luz do contexto e dos instrumentos normativos brasileiros referentes ao tema, traduz-se no aspecto original desta proposta dissertativa, a ser possivelmente utilizada como ponto de partida para estudos mais extensos. São abordadas as seguintes disciplinas relativas ao objeto de pesquisa: a) Características físico-espaciais; b) Formas de uso; c) Sistema de ventilação e exaustão; d) Sistema de iluminação; e) Sistema de segurança contra sinistros e incêndio; f) Sistema de fiscalização e orientação de tráfego, comunicação e sinalização; g) Sistema de drenagem; h) Sistema de gerenciamento de resíduos sólidos. O túnel Rebouças (1962-1965) e o túnel Engenheiro Raymundo de Paula Soares (Linha Amarela) (1997), distanciados por mais de três décadas, foram escolhidos como estudos de caso, não tão somente devido aos seus portes, fluxos intensos de veículos etc., mas também devido aos contextos das evoluções normativas em que se inserem. / Aiming to establish an initial proposal for an environmental and operational management protocol for large urban tunnels, one that could be applied nationwide, this study also intends to systematize, through a multidisciplinary approach, the state of the art on the subject. In this survey it will be given particular attention to vehicular urban tunnels. Due to its physical and spatial characteristics they are especially dangerous and toxic to both their users and employees involved in maintenance. Given the lack of systematic and specific bibliographic material in Brazil it was necessary to inquire about references, studies and investigations developed in other countries. A critical compilation of such data, standards and benchmarks, while in its initial level, considering the Brazilian context and the actual legal instruments, may reflect the original feature of this essay. It is hoped that the results can be used as a starting point for other extensive studies. Considering the main focus of this research, the following topics are discussed: a) physical and spatial characteristics; b) usage and operation; c) ventilation and exhaust system; d) lighting system; e) accidents prevention, security and fire protection system; f) management, traffic supervision, communication and signaling system; g) drainage system; h) solid waste management system. The two tunnels, Rebouças (1962-1965) and Engenheiro Raymundo de Paula Soares (Linha Amarela) (1997), both located in Rio de Janeiro and more than three decades apart, were selected as case studies, not only Because of their size, intensity of flows etc., but also because of the changing normative contexts in which they operate.