Amostras indeformadas de um solo residual foram coletadas na zona oeste da cidade de São Paulo com o intuito de caracterizar o solo e estudar seu comportamento mecânico. Sua composição mineralógica é apresentada, assim como um estudo microscópico que identifica alguns destes minerais e evidencia sua microestrutura. Desse modo, é discutido como sua mineralogia e microestrutura influenciam em seu comportamento mecânico, estudado por meio de ensaios edométricos e de ensaios triaxiais convencionais de carregamento axial. Analisou-se sua compressibilidade, permeabilidade, seu grau de estruturação, suas relações tensão-deformação e envoltórias de escoamento, de ruptura e de Estados Críticos. O solo foi caracterizado como saprolítico, proveniente de um biotita-gnaisse milonitizado. A partir dos resultados obtidos a respeito do comportamento do solo, três modelos constitutivos escolhidos para estudo foram calibrados: elástico linear, elasto-plástico perfeito (Mohr-Coulomb) e elasto-plástico com endurecimento (Hardening-Soil). Com esta modelagem matemática, foi concebida uma modelagem numérica tridimensional de elementos finitos, a fim de simular a escavação de um túnel e de obter as trajetórias de tensões atuantes ao seu redor devidas a sua escavação. Outros ensaios triaxiais foram executados, desta vez seguindo-se as trajetórias de tensões obtidas numericamente. Os parâmetros elásticos dos três modelos constitutivos foram determinados para cada trajetória de tensões e o maciço envolvente à escavação foi modelado como sendo mecanicamente heterogêneo. Ou seja, limitaram-se zonas ao redor do túnel com diferentes propriedades mecânicas em função da trajetória de tensões atuante. Por fim, são comparados os parâmetros geotécnicos determinados com diferentes trajetórias de tensões, assim como os resultados obtidos com ambas as modelagens numéricas. / Undisturbed samples of a residual soil had been collected from the west zone of São Paulo city, in order to characterize the soil and study its mechanical behaviour. Its mineralogical composition is presented, as well as a microscopic study which identifies some of these minerals and evinces its microstructure. Thus, how the soil mineralogy and microstructure influence its mechanical behaviour is discussed, which was studied by means of oedometer tests and conventional axial loading triaxial tests. One analysed the soil compressibility, permeability, structuring degree, stress-strain relations and yielding, rupture and Critical State envelopes. The soil had been characterized as saprolite, derived from a biotite-gneiss. Based on the results concerning the soil behaviour, three constitutive models were calibrated: linear elastic, elastic perfectly plastic (Mohr-Coulomb), and elastic-plastic with hardening (Hardening Soil). With this mathematical modelling, a three-dimensional numerical model with finite elements was designed, for the purpose of simulating a tunnel excavation and obtaining the stress paths around it due to its excavation. Other triaxial tests were carried out, this time by following the stress paths numerically obtained. The elastic parameters of the three constitutive models had been determined for each stress path and the ground surrounding the excavation had been modelled as a mechanically heterogeneous media. I.e., zones around the tunnel had been limited by its different mechanical properties, as a function of the actual stress path. Finally, the geotechnical parameters determined by different stress paths are compared, as well as the results obtained for both numerical models.

Atualmente, a escavação de túneis rasos em regiões densamente ocupadas requer medidas severas para reduzir riscos e possíveis influências em estruturas próximas. Um importante passo é a previsão dos efeitos da escavação, principalmente no que concerne à geração de recalques. As redes neurais artificiais (RNAs) aparecem como uma nova ferramenta para auxiliar o entendimento desses fenômenos. Isso porque a rede neural possui a capacidade de realizar generalizações, isto é, após a rede aprender características de uma categoria geral de dados baseada em uma série de exemplos daquela categoria, a rede pode apresentar respostas idênticas ou similares às respostas treinadas para entradas não treinadas. Nesse trabalho, realiza-se a aplicação de redes neurais artificiais para os dados das linhas 1 e 2 do metrô de São Paulo, onde se observa a influência de alguns parâmetros e a melhoria significativa de previsão da rede neural devido à utilização de algumas técnicas no tratamento e manuseio dos dados. Dentre as técnicas de tratamento de dados utilizadas destaca-se a adimensionalização dos dados por parâmetros da própria obra garantindo melhor estabilidade à rede e melhor capacidade de previsão. Análises de sensibilidade também são realizadas para contemplar o tipo de influência que cada parâmetro exerceu nos recalques obtidos. / Excavating shallow tunnels in densely occupied areas currently requires strict precautions to reduce risks and possible effects on nearby structures. Being able to predict excavation effects and particularly settlement - related effects is an important step forward in this respect. Artificial neural networks (ANNs) have emerged as a new tool for analyzing geotechnical problem. Longstanding problems have been solved and conventional solutions enhanced as the ability to generate more information grows and the understanding of obscure points is deepened. Neural networks have the ability to make generalizations: once a network has learned the characteristics of a general category of objects based on a series of examples from this category, it can provide identical or similar responses to trained responses for non-trained inputs. This study uses artificial neural networks to analyze data from São Paulo subway line 1 and 2 to observe the effects of certain parameters and notes significantly enhanced neural network predictive ability due to the use of certain data processing techniques. The study also sets out to show that the use of dimensionless data in training may upgrade the predictive ability of the model. Knowledge acquired was applied to further develop use of this technique for tunnel instrumentation.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:31:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cleverson_Holocheski.pdf: 3361676 bytes, checksum: 7e3dfcfe4af0abe5639e043c72615586 (MD5) Previous issue date: 2011-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Whereas erosion is a process that detracts from the soil, reducing its productivity or even making impossible the food production in it, it is worth emphasizing the importance of studies on this topic, especially with explanations and solutions to problems found in areas that are degraded by erosive processes. The installation and evolution of this process depends on a number of factors, all of them related to the pedological cover and the shapes of slopes, such as those linked to the hydrology of the hillside. With emphasis on this type of erosion phenomenon, this work takes as its main objective to recognize the factors correlated with onset and progression of tunnels, particularly those concerning the characteristics of soils and landforms in a hillside of Rio das Pombas, in the city of Guarapuava, South Center of the Paraná State. To this end, the research was developed from a comprehensive pedological system approach, identifying and individualizing the units of soil through surveys, and also monitoring the rainfall and hydrological flows in order to observe the dynamics of subsurface water in that slope. The methodology used in the study was divided into four phases with the first phase was consisted basically of bibliographic content to be worked, then the second part of the research was carried out on field work, and in this phase samples for laboratory analysis were collected; the piezometers for monitoring of subsurface flows were installed and it was also installed the weather station to the collections related to rainfall. In the third phase, the work was focused on laboratory and office, where were then carried out the sizing analysis and also the preparation of cartographic material combined with the tabulation of data for the construction of graphs. The fourth and final phase was the analysis of integrated data, from which, through the analysis the results were achieved. In the case studied, the results indicated that the main factors of installation and maintenance of erosion of those tunnels were that related to the physical properties of pedologic cover, such as the particle size, the shape of the slope and mainly the hydrological conditions. Regarding the evolution of the erosion on that slope, it can be said that the tunnels in the future may finally become a crater, damaging the use of the area. / Considerando que a erosão é um processo que deprecia o solo diminuindo a sua produtividade ou até mesmo impossibilitando a sua produção de alimentos, cabe ressaltar, a importância de estudos sobre essa temática, principalmente, com explicações e soluções para os problemas encontrados em áreas degradadas por processos erosivos. A instalação e evolução da erosão em túneis depende de uma série de fatores, tanto aqueles relativos à cobertura pedológica e as formas das vertentes, como aqueles vinculados à hidrologia da encosta. Com destaque para esse tipo de fenômeno erosivo, o presente trabalho, adota como objetivo principal reconhecer os fatores correlacionados a instalação e evolução de túneis, particularmente, aqueles relativos às características dos solos e das formas de relevo, em uma encosta do Rio das Pombas, Município de Guarapuava, Centro Sul do Estado do Paraná. Para tanto, a pesquisa desenvolveu-se a partir de uma abordagem detalhada do sistema pedológico, identificando e individualizando as unidades de solo através de sondagens e também, monitorando as precipitações e os fluxos hidrológicos, a fim de, observar à dinâmica subsuperficial da água na referida encosta. A metodologia utilizada na pesquisa dividiu-se em quatro fases, sendo que a primeira fase consistiu basicamente no levantamento bibliográfico do conteúdo a ser trabalhado, em seguida na segunda parte da pesquisa realizou-se os trabalhos de campo, sendo que nessa fase foram coletadas as amostras para análises em laboratório; instalados os piezômetros para o monitoramento dos fluxos subsuperficiais e também instalada a estação meteorológica, para as coletas referentes às precipitações. Na terceira fase os trabalhos concentraram-se em laboratório e em gabinete, onde então foram realizadas as análises granulométricas e também a confecção do material cartográfico juntamente com a tabulação dos dados para confecção dos gráficos. Na quarta e última fase ocorreu à análise integrada dos dados, de onde então através dessa análise chegou-se aos resultados da pesquisa. No caso estudado, os resultados apontam que os principais fatores de instalação e manutenção de erosão dos túneis foram àqueles referentes às propriedades físicas da cobertura pedológica, tais como, a composição granulométrica, a forma da encosta e principalmente as condições hidrológicas. No que diz respeito à evolução do processo erosivo na referida encosta, pode-se afirmar que os túneis futuramente poderão chegar a se tornar uma voçoroca, prejudicando utilização da área.

No presente trabalho, é apresentado um modelo numérico para análise tridimensional de túneis escavados em maciços rochosos reforçados por tirantes aderidos ao longo de todo o seu comprimento. O método numérico utilizado é o método dos elementos finitos. A abordagem usada na modelagem da interação maciço/tirante é o método de homogeneização de meios periódicos. Essa abordagem substitui o meio compósito constituído de rocha e tirantes por um meio homogeneizado equivalente, dispensando a tarefa de discretizar cada tirante separadamente. O comportamento do maciço é considerado elastoplástico perfeito, caracterizado pelo critério de Drucker-Prager, com regra de fluxo associada. O revestimento é considerado elástico, enquanto os tirantes são tratados como inclusões lineares em tração/compressão com lei de comportamento elastoplástica. Com esse modelo foi implementado um código, tridimensional, que simula o processo de escavação pelo método da ativação/desativação de elementos. Esse código é capaz de levar em conta diferentes situações de profundidade, geometria e estado inicial de tensões. Com a finalidade de avaliar o desempenho da abordagem de homogeneização, foi implementado um segundo código, que modela a interação maciço/tirante por meio do método incorporado. Esse método, muito usado em análises de concreto armado, tem em comum com o método de homogeneização a capacidade de lidar com diferentes configurações de reforços utilizando a mesma malha base. Ao final, os dois códigos são utilizados em modelagens de um caso real, o túnel experimental Kielder (Inglaterra), para o qual se dispõe de dados medidos in situ. A comparação destes dados com os resultados das duas modelagens mostra uma aproximação muito boa. / A numerical model for three-dimensional analysis of tunnels excavated in reinforced rock mass by fully grouted bolts is presented in this work. The numeric method utilized is the finite element method and the approach used in the modeling of the interaction mass/bolt is the homogenization of periodic media method. This approach replaces the composite medium formed by rock and bolts by a homogenized equivalent medium eliminating the task of discretizing each bolt separately. The rockmass behavior is considered elastoplastic perfect caracterized by the Drucker-Prager criterion with associated flow rule. The lining is elastic, while the bolts are treated as linear inclusions in tension / compression with elastoplastic behavior law. A three-dimensional code was implemented with this model that simulates the excavation process by means of the activation-deactivation method. This code is able to consider different situations of depth, geometry and initial state of stress. In order to evaluate the performance of the homogenization approach, a second code was implemented to model the interaction rockmass/bolts by means of the embedded method. This method, widely used in analysis of reinforced concrete, has in common with the approach of the homogenization the capacity to deal with different configurations of reinforcements with the same base mesh. Finally, the two codes are used to model a real case, the Kielder experimental tunnel (England), for which in situ measured data are available. The comparison of these data with the results of the two modeling shows a very good approximation.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:42:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cleverson_Holocheski.pdf: 3361676 bytes, checksum: 7e3dfcfe4af0abe5639e043c72615586 (MD5) Previous issue date: 2011-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Whereas erosion is a process that detracts from the soil, reducing its productivity or even making impossible the food production in it, it is worth emphasizing the importance of studies on this topic, especially with explanations and solutions to problems found in areas that are degraded by erosive processes. The installation and evolution of this process depends on a number of factors, all of them related to the pedological cover and the shapes of slopes, such as those linked to the hydrology of the hillside. With emphasis on this type of erosion phenomenon, this work takes as its main objective to recognize the factors correlated with onset and progression of tunnels, particularly those concerning the characteristics of soils and landforms in a hillside of Rio das Pombas, in the city of Guarapuava, South Center of the Paraná State. To this end, the research was developed from a comprehensive pedological system approach, identifying and individualizing the units of soil through surveys, and also monitoring the rainfall and hydrological flows in order to observe the dynamics of subsurface water in that slope. The methodology used in the study was divided into four phases with the first phase was consisted basically of bibliographic content to be worked, then the second part of the research was carried out on field work, and in this phase samples for laboratory analysis were collected; the piezometers for monitoring of subsurface flows were installed and it was also installed the weather station to the collections related to rainfall. In the third phase, the work was focused on laboratory and office, where were then carried out the sizing analysis and also the preparation of cartographic material combined with the tabulation of data for the construction of graphs. The fourth and final phase was the analysis of integrated data, from which, through the analysis the results were achieved. In the case studied, the results indicated that the main factors of installation and maintenance of erosion of those tunnels were that related to the physical properties of pedologic cover, such as the particle size, the shape of the slope and mainly the hydrological conditions. Regarding the evolution of the erosion on that slope, it can be said that the tunnels in the future may finally become a crater, damaging the use of the area. / Considerando que a erosão é um processo que deprecia o solo diminuindo a sua produtividade ou até mesmo impossibilitando a sua produção de alimentos, cabe ressaltar, a importância de estudos sobre essa temática, principalmente, com explicações e soluções para os problemas encontrados em áreas degradadas por processos erosivos. A instalação e evolução da erosão em túneis depende de uma série de fatores, tanto aqueles relativos à cobertura pedológica e as formas das vertentes, como aqueles vinculados à hidrologia da encosta. Com destaque para esse tipo de fenômeno erosivo, o presente trabalho, adota como objetivo principal reconhecer os fatores correlacionados a instalação e evolução de túneis, particularmente, aqueles relativos às características dos solos e das formas de relevo, em uma encosta do Rio das Pombas, Município de Guarapuava, Centro Sul do Estado do Paraná. Para tanto, a pesquisa desenvolveu-se a partir de uma abordagem detalhada do sistema pedológico, identificando e individualizando as unidades de solo através de sondagens e também, monitorando as precipitações e os fluxos hidrológicos, a fim de, observar à dinâmica subsuperficial da água na referida encosta. A metodologia utilizada na pesquisa dividiu-se em quatro fases, sendo que a primeira fase consistiu basicamente no levantamento bibliográfico do conteúdo a ser trabalhado, em seguida na segunda parte da pesquisa realizou-se os trabalhos de campo, sendo que nessa fase foram coletadas as amostras para análises em laboratório; instalados os piezômetros para o monitoramento dos fluxos subsuperficiais e também instalada a estação meteorológica, para as coletas referentes às precipitações. Na terceira fase os trabalhos concentraram-se em laboratório e em gabinete, onde então foram realizadas as análises granulométricas e também a confecção do material cartográfico juntamente com a tabulação dos dados para confecção dos gráficos. Na quarta e última fase ocorreu à análise integrada dos dados, de onde então através dessa análise chegou-se aos resultados da pesquisa. No caso estudado, os resultados apontam que os principais fatores de instalação e manutenção de erosão dos túneis foram àqueles referentes às propriedades físicas da cobertura pedológica, tais como, a composição granulométrica, a forma da encosta e principalmente as condições hidrológicas. No que diz respeito à evolução do processo erosivo na referida encosta, pode-se afirmar que os túneis futuramente poderão chegar a se tornar uma voçoroca, prejudicando utilização da área.

Atualmente, a escavação de túneis rasos em regiões densamente ocupadas requer medidas severas para reduzir riscos e possíveis influências em estruturas próximas. Um importante passo é a previsão dos efeitos da escavação, principalmente no que concerne à geração de recalques. As redes neurais artificiais (RNAs) aparecem como uma nova ferramenta para auxiliar o entendimento desses fenômenos. Isso porque a rede neural possui a capacidade de realizar generalizações, isto é, após a rede aprender características de uma categoria geral de dados baseada em uma série de exemplos daquela categoria, a rede pode apresentar respostas idênticas ou similares às respostas treinadas para entradas não treinadas. Nesse trabalho, realiza-se a aplicação de redes neurais artificiais para os dados das linhas 1 e 2 do metrô de São Paulo, onde se observa a influência de alguns parâmetros e a melhoria significativa de previsão da rede neural devido à utilização de algumas técnicas no tratamento e manuseio dos dados. Dentre as técnicas de tratamento de dados utilizadas destaca-se a adimensionalização dos dados por parâmetros da própria obra garantindo melhor estabilidade à rede e melhor capacidade de previsão. Análises de sensibilidade também são realizadas para contemplar o tipo de influência que cada parâmetro exerceu nos recalques obtidos. / Excavating shallow tunnels in densely occupied areas currently requires strict precautions to reduce risks and possible effects on nearby structures. Being able to predict excavation effects and particularly settlement - related effects is an important step forward in this respect. Artificial neural networks (ANNs) have emerged as a new tool for analyzing geotechnical problem. Longstanding problems have been solved and conventional solutions enhanced as the ability to generate more information grows and the understanding of obscure points is deepened. Neural networks have the ability to make generalizations: once a network has learned the characteristics of a general category of objects based on a series of examples from this category, it can provide identical or similar responses to trained responses for non-trained inputs. This study uses artificial neural networks to analyze data from São Paulo subway line 1 and 2 to observe the effects of certain parameters and notes significantly enhanced neural network predictive ability due to the use of certain data processing techniques. The study also sets out to show that the use of dimensionless data in training may upgrade the predictive ability of the model. Knowledge acquired was applied to further develop use of this technique for tunnel instrumentation.

Orientador: Marcelo Yamashita / Resumo: Nesta dissertação vamos estudar um problema de três corpos via aproximação de Born-Oppenheimer em duas dimensões para um sistema constituído de duas partículas pesadas e uma leve. Considerando uma interação de contato entre a partícula leve e as pesadas e desconsiderando a interação entre as pesadas, estudamos o efeito do momento angular e da diferença de massa entre as partículas. Notamos que diminuindo a diferença de massa entre as partículas encontramos um número menor de estados ligados. Conforme aumentamos o momento angular observamos um número menor de estados ligados, isto porque o momento angular soma ao sistema um potencial repulsivo, tornando o sistema mais fracamente ligado. Considerando um potencial gaussiano entre as partículas pesadas calculamos a energia de três corpos e o raio quadrático médio. Observamos que a introdução deste potencial torna possível o rompimento do sistema de três corpos e o fenômeno de tunelamento. Estudando o raio quadrático médio percebemos que a região de tunelamento o tamanho do sistema varia consideravelmente, tornando esta região interessante de ser detectada experimentalmente / Abstract: In this thesis we study mass-imbalanced three-body system in two dimensions using BornOppenheimer approximation. Considering the heavy-light particle system interacting through zero-range interaction and disregarding interaction between the heavy-heavy, we study effects the angular momentum and mass ratio difference. Decreasing the mass difference between the heavy and the light particles a smaller number of bound states is found. Increasing the angular momentum we add to the system a repulsive potential, making the system weakly bounded, in this case a small number of bound states are expected. Considering a gaussian potential between the heavy-heavy particles it is possible to unbounded the system and observe tunneling phenomena. The considerable change in the tunneling region for the mean square radii indicates an increase in the system size, making this region interesting to be experimentally detected. / Mestre

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Vias de Comunicação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor Jorge Almeida e Sousa

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Área de Especialização de Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012