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[en] MEASUREMENT OF ELASTOPLASTIC STRAINS AT STRESS CONCENTRATION REGIONS USING MESHLESS METHODS AND COMPUTER VISION / [pt] MEDIÇÃO DE DEFORMAÇÕES ELASTOPLÁSTICAS EM REGIÕES DE CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES UTILIZANDO MÉTODOS SEM MALHA E VISÃO COMPUTACIONALGIANCARLO LUIS GOMEZ GONZALES 30 July 2015 (has links)
[pt] A análise de deformações em torno de regiões de concentração de tensões é
uma importante ferramenta na avaliação da integridade estrutural de peças e
componentes mecânicos. Todavia, esta análise se torna mais complexa quando o
material atinge a plastificação junto ao entalhe. Neste trabalho, uma nova
metodologia numérico-experimental para medição de deformações na superfície
de um material, combinando métodos sem malha e visão computacional, é
apresentada. A parte experimental da técnica é baseada na captura de imagens de
um material em estados diferentes de deformação durante um ensaio mecânico. A
técnica de visão computacional conhecida como Scale Invariant Feature Tecnique
(SIFT) é utilizada aqui para extrair pontos característicos nas imagens capturadas.
Para tanto, uma textura aleatória foi pintada na superfície do corpo de prova. Em
seguida, os deslocamentos são obtidos experimentalmente, através do seguimento
das posições dos pontos SIFT corretamente correspondidos no par de imagens
capturadas do ensaio, antes e depois da aplicação da carga. Os pontos fornecidos
pelo algoritmo SIFT são selecionados como nós de uma formulação sem malha, e
o método de mínimos quadrados móveis é utilizado para gerar uma aproximação
numérica do campo de deslocamentos e as suas derivadas. Assim, deformações na
região próxima ao entalhe são devidamente quantificadas para posterior análise.
Na validação da metodologia proposta, corpos de prova entalhados foram
utilizados para estudar o comportamento da deformação plástica nas regiões de
concentração de tensões. Os resultados dos testes mostraram boa concordância e
precisão quando comparados com soluções analíticas, simulações pelo método
dos elementos finitos (ANSYS) e soluções obtidas através de um software
comercial de correlação de imagens digitais. / [en] Strain analysis near stress concentration regions is an important tool for
structural integrity of mechanical components. However, this analysis becomes
more complex when the material starts to deform plastically near the notch root.
In this work, a novel experimental-numerical technique for the measurement of
the strain distribution on the surface of a deformable body is described, which
uses meshless methods and computer vision. The experimental part of this
technique is based on the capture of images at different stages of material
deformation during a mechanical test. The Scale Invariant Feature Transform
(SIFT) is a computer vision algorithm used here to extract distinctive points or
features in the captured images. For this purpose, a random texture was painted on
the specimen surface. Then, the displacements are experimentally obtained by
tracking the positions of successfully matched SIFT points in an undeformeddeformed
pair of images. The points provided by SIFT are selected as nodes in a
meshless formulation and the moving least square method is used to generate a
numerical approximation for the displacement field and its derivates. Thus, the
corresponding strain field close to the notch is calculated. To validate the
proposed methodology, notched specimens were employed to study the
deformation behavior on regions of stress concentration. Experimental results
showed good agreement and accuracy when compared to analytical solutions, to
simulations by finite elements (ANSYS) and to solutions obtained by using a
commercial software based on the digital image correlation technique.
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[en] PERSISTENCE OF STRAINING IN THE FOUR-ROLL MILL FLOW / [pt] PERSISTÊNCIA DE DEFORMAÇÃO NO ESCOAMENTO NO FOUR-ROLL MILLJOAO PEDRO BEZERRA DA CUNHA 15 July 2021 (has links)
[pt] A motivação deste trabalho consiste no uso do four-roll mill para aumentar
a separação de fases de emulsões água em óleo (A/O) presente no
processamento primário da indústria de petróleo. A partir da conservação de
massa e momento, a fase contínua foi modelada como escoamento incompressível,
bi-dimensional e isotérmico. Simulações numéricas utilizando o método
de elementos finitos foram implementadas para revelar a influência das diversas
configurações de escoamento no comportamento mecânico do material. A
partir dos resultados obtidos, a habitual forma de classificar o escoamento no
four-roll mill de acordo com a literatura se demonstrou ineficiente. Este trabalho
sugere classificações locais de escoamento a cada posição dependendo se
a mesma está ocupada pela fase contínua ou dispersa da emulsão. O efeito da
fase dispersa é descrito via pós-processamento. Microelementos no formato de vetores foram inseridos no domínio e investigou-se suas deformações e trajetórias. Consequentemente, analisou-se a deformação de gotas e a sua respectiva
influência na instabilidade da emulsão. / [en] The motivation of this work consists in the use of four-roll mill in order
to increase the phase separation of water-in-oil emulsions (W/O) present in
the primary process of oil industry. With mass and momentum conservation,
the continuous phase is modeled by an incompressible, bi-dimensional and
isothermal flow. Numerical simulations employing the finite element method
were implemented to reveal the influence of the several flow configurations
in the material mechanical behavior. From the obtained results, the standard
way of classifying the flow in the four-roll mill according to the literature was
proved inefficient. This work suggests local flow classifications for each position depending if it is occupied by the continuous or dispersed phase. The effect of the dispersed phase was described by a post-processing scheme. Microelements in shape of vectors were inserted in the domain and their deformations and pathlines were investigated. Thus, the deformation of droplets and their respective influences in the emulsion instability were analyzed.
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[en] PREDICTION OF PLASTIC STRAIN ACCUMULATION AT GRAIN BOUNDARIES OF POLYCRYSTALLINE METALS BASED ON MACHINE LEARNING / [pt] PREVISÃO DO ACÚMULO DE DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS EM CONTORNOS DE GRÃOS DE METAIS POLICRISTALINOS BASEADO EM APRENDIZADO DE MÁQUINALARA CRISTINA PEREIRA DE ARAUJO 30 November 2023 (has links)
[pt] Métodos de aprendizado de máquina vêm sendo bastante utilizados na área
de mecânica dos sólidos devido ao grande volume de dados disponíveis na literatura. A motivação deste trabalho foi o estudo do acúmulo de deformação plástica na
escala de grãos, pois o uso do aprendizado de máquina pode ser uma significativa
contribuição para criar modelos capazes de prever o acúmulo de deformações. O
objetivo deste trabalho foi aprimorar a previsão do acúmulo de deformação plástica
propondo um novo método de previsão de acúmulo de deformações plásticas em
contornos de grãos de um material policristalino, usando modelos de aprendizado
de máquina. Este trabalho utilizou-se de dados experimentais da literatura para estruturar três bancos de dados, os que consideraram somente os contornos de grãos.
Nas previsões foram utilizados os seguintes métodos: Decision Tree, Random Forest, Stochastic Gradient Descent, K-Nearest Neighbors, Gradient Boosting Regressor e Análise de Componentes Principais (PCA). Na avaliação dos modelos
foram empregados os métodos de validação cruzada e reamostragem de Monte
Carlo. As métricas de erro aplicadas foram o coeficiente de determinação (R2) e o
coeficiente de correlação de Pearson (R). Os resultados apontaram que as previsões
foram coerentes e de boa qualidade, melhorando os valores médios do coeficiente
de Pearson em aproximadamente 30 por cento comparados aos valores da literatura. Para o
R(2) a média de valores alcançada foi de 0.85. Conclui-se que o uso do método de
aprendizado de máquina se mostra confiável na previsão do acúmulo de deformação
plástica no contorno do grão de um material policristalino. / [en] Machine learning methods have been widely used in the area of solid mechanics due to the large volume of data available in the literature. The motivation
for this work was the study of the accumulation of plastic strain at the grain scale.
Because the use of machine learning can be a significant contribution to creating
models capable of predicting the accumulation of deformation. The objective of this
work was to improve the prediction of plastic strain accumulation by proposing a
new method for predicting the accumulation of plastic strains in grain boundaries
of a polycrystalline material, using machine learning models. This work uses experimental data from the literature to structure three databases, which only consider
grain boundaries. The following methods were used in the predictions: Decision
Tree, Random Forest, Stochastic Gradient Descent, K-Nearest Neighbors, Gradient
Boosting Regressor, and Principal Component Analysis (PCA). Monte Carlo crossvalidation and resampling methods were used to evaluate the models. The error
metrics applied were the coefficient of determination (R2) and the Pearson correlation coefficient (R). The results indicate that the predictions were coherent and of
good quality, improving the average Pearson coefficient values by approximately
30 percent compared to literature values. For R(2), the average value achieved was 0.85. It
is concluded that the use of the machine learning method proves to be reliable in
predicting the accumulation of plastic strain at the grain boundary of a polycrystalline material.
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[en] METROLOGICAL RELIABILITY OF THE DYNAMOMETRIC BENCH FOR ENGINE TESTING OF CTEX / [pt] CONFIABILIDADE METROLÓGICA DO BANCO DINAMOMÉTRICO PARA ENSAIO DE MOTORES DO CTEXSERGIO BRAGANTINE GERMANO 16 July 2014 (has links)
[pt] Nesta dissertação buscou-se avaliar metrologicamente um banco de ensaios dinamométricos específico, utilizado para analisar a eficiência de motores, lubrificantes e combustíveis, por meio de métodos de comparação dos valores medidos com valores padrões. As grandezas mensuradas foram: velocidade de rotação do eixo de um motor, torque neste eixo, temperaturas e pressões no motor e no dinamômetro, elemento que atua como freio do motor para proporcionar uma simulação das condições reais de trabalho. Foi necessário utilizar dois métodos distintos para avaliação de cada uma das grandezas mensuradas. Foram mensuradas velocidades do motor funcionando e velocidades simuladas, tanto inferiores como superiores às velocidades de operação do motor, determinando os limites superior e inferior de resposta do sistema de medição. Para avaliar a medição de torque, foram produzidos torques conhecidos (padrão), correlacionados com torques medidos no motor funcionando. Temperaturas foram produzidas por um banho termostático, mensuradas com equipamentos calibrados e em seguida comparadas com as indicadas pelo sistema de medição, sendo também utilizado um método simulador de informações de temperaturas, chegando a ser simuladas de -200 graus Celsius a 650 graus Celsius. Pressões foram geradas por uma bomba de pressão padrão e lidas pelo sistema de medição, sendo detectado funcionamento inapropriado de 2 canais. Os resultados de cada grandeza foram tratados estatisticamente sendo validadas suas utilizações nos cálculos executados. Confirmadas estatisticamente as validades dos resultados, as incertezas de medição foram calculadas, sendo utilizadas também informações dos certificados de calibração dos equipamentos usados nas medições realizadas. Sugestões foram apresentadas para que melhoria sejam incrementadas ao sistema de medição que demonstrou estar funcionando de forma satisfatória, apresentando, no entanto, algumas oportunidades de melhorias. / [en] This work intended to evaluate, metrologically, a specific bench of dynamometric tests, used to analyze the efficiency of engines, lubricants and fuels, through methods that compare the measured values with standards. The measured quantities were: rotation speed of the engine shaft, torque on this same shaft, temperature and pressure of both engine and dynamometer, element that acts as the engine brake so it can simulate a real work condition. It was necessary to use two different methods to evaluate each measured quantity. It was measured the working engine speed and simulated speeds, both higher and lower than the engine operating speeds, establishing the higher and the lower limits of the measurement system. To evaluate the torque measurement, known torques (standards), were produced, and related to the measured torques in the working engine. Temperatures were produced by a thermal bath, measured with calibrated equipment, and then compared with the temperatures indicated by the measuring system, being also used a simulated method for temperatures information, with a range of simulation between -200 Celsius degrees and 650 Celsius degrees. The pressures were created by a standard pressure pump and read by the measuring system, being detected an inappropriate operation of 2 channels. The results were treated statistically, being validated the utilizations on the executed calculations. Having been statistically confirmed the validity of the results, the measurement uncertainties were calculated, being also used the information from the equipment calibration certificate. Suggestions were presented so that improvemenst can be made to the Measuring System.
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[en] H-ADAPTATIVE FINITE ELEMENTS IN THE ANALYSIS OF PLANE ELASTIC PROBLEMS / [pt] MÉTODOS DE ELEMENTOS FINITOS H-ADAPTATIVO PARA ANÁLISE DE PROBLEMAS ELÁSTICOS PLANOSWLASMIR CAVALCANTI DE SANTANA 14 July 2015 (has links)
[pt] Apresenta-se neste trabalho a implementação de um método adaptativo de refinamento automático de malhas de Elementos de Finitos. O método aplica-se a problemas planos de elasticidade linear. Elementos triangulares e quadrilaterais (lineares e quadráticos) são utilizados. Estimativas de erro a-posteriori são obtidas através do estimador de erro proposto por Zienkiewicz-Zhu, empregando-se uma técnica de recuperação da solução numérica fornecida pelo MEF (superconvergent patch recovery technique). A metodologia da adaptação da malha emprega o conceito de remalhamento do domínio na forma proposta por Peraire e Zhu para malhas de elementos triangulares e quadrilaterais, respectivamente. Implementa-se um esquema de localização de singularidades presentes no domínio baseado no conceito de concentração da energia de deformação. O uso deste esquema combinado com a metodologia de adaptação permite um processo automático sem intervenção do usuário durante os ciclos de refinamento da malha.
Para demonstrar-se a performance do método são analisados três problemas: uma viga curta em balanço sob carregamento distribuído, uma placa quadrada com furo quadrado e uma placa quadrada com dupla trinca. / [en] This work presentes the theory and the implementation techniques for na automatic h-adaptive procedure of finite elemento mesh refinements. Themetodology is applied to plane problems inlinear elasticity using triangular and quadrilateral shape elements with linear and quadratic lagrangian interpolation functions. Solution errors are a-posteriori evaluated using the Zienkiewicz- Zhu error estimator based on numerical solutions recovered from the finite element method solution – superconvergent patch recovery technique. For the mesh adaptivity of triangular and quadrilateral elements the remeshing concepts proposed by. Peraire and Zhu employed, respectively.
The presence of solution singularities and their intensity is identified throughout the finite cloment mesh from the evaluation of the strain energy concentration, considering the numerical solution obtained. This scheme combined with adaptivity methodology allows for fully automatic procedure of mesh refinement/derefinement at the cycle of solution searching.
Three examples are considered to demonstrate the procedure ability in handling elasticity problems: a cantiliver short beam under transverse distributed loading, a square plate with a middle square hole under inplace traction distributed loading and a double notch square plate under in plane distributed loading.
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[en] ANALYSIS OF THE DEMODULATION TECHNIQUE BASED ON FIXED FILTERS IN THE INTERROGATION OF FIBER BRAGG GRATING SENSORS / [pt] ANÁLISE DA TÉCNICA DE DEMODULAÇÃO BASEADA EM FILTROS FIXOS NA INTERROGAÇÃO DE SENSORES A REDE DE BRAGG EM FIBRAS ÓPTICASLUIZ CARLOS DA SILVA NUNES 31 August 2004 (has links)
[pt] A análise da técnica de demodulação usada para interrogar
sensores a rede de Bragg em fibras ópticas baseadas em
filtros fixos foi realizada teoricamente e
experimentalmente. Diferentes configurações de sistemas
foram analisadas modificando a posição espectral dos
filtros, assim como os níveis de potência óptica obtidos
nos fotodetectores. Foram realizadas medidas com o tempo
de
integração que variavam de 0.01 a 1s e estimado o limite
de
baixa freqüência. Comparação entre os resultados
experimentais e simulados mostram boa concordância, e
extrapolações indicam que seria possível chegar a uma
faixa
de medida da ordem de 7 nanômetros, com incertezas
equivalentes menores que 2 picometros, na medida da
posição
de pico do sensor. Foi feita uma análise da possibilidade
de utilização desta técnica para medida simultânea de
pressão e temperatura com uma única rede sensora. Na
realização experimental foi usado um transdutor de
pressão
que transferia uma força transversal à fibra,
proporcional
à pressão atuante, gerando birrefringência na região da
rede de Bragg. Foi possível obter valores de pressão com
a
faixa dinâmica de 400 psi com incerteza máxima de 4 psi e
simultaneamente temperaturas com variação de 28 a 50 graus Celsius
com
incerteza máxima de 0.1 graus Celsius. Adicionalmente, foram
estudados
os efeitos gerados em uma multiplexação temporal (TDM) de
sensores a rede de Bragg quando os sensores se encontram
superpostos na mesma posição espectral. Nesta análise é
confrontada a técnica de demodulação utilizando dois
filtros fixos com a técnica baseada na posição espectral.
Os resultados indicam que a técnica baseada em filtros
fixos apresenta vantagem, permitindo um número
significativamente maior de sensores. E também, foi
analisado o distúrbio provocado no espectro da rede
sensora
quando a fonte de luz usada para interrogar a rede tem
uma
modulação espectral que varia com a temperatura.
Finalmente, foi apresentado um sistema de multiplexação
(TDM/WDM), completamente polarizado, capaz de interrogar
dezenas de sensores a rede de Bragg escrito em fibras de
alta birrefringência. O sistema de multiplexação
consistiu
em uma chave óptica integrada, baseada em um
interferômetro
de Mach-Zehnder com configuração X-Y, e em um
espectrômetro
com um CCD linear como elemento de detecção. / [en] The analysis of a demodulation system for fiber Bragg
grating sensors based on two fixed spectral filters has
been carried out both theoretically and experimentally.
Different system configurations were analyzed by modifying
the spectral position of the filters as well as the optical
power-level of the signal reaching the two photo-detectors.
Measurements with integration times that varied from 0.01
to 1 second have been compared with the low frequency limit
predicted for long-term operation. Comparisons between
simulated and experimental results show good agreement, and
extrapolations indicate that it should be possible to
achieve a dynamic range of the order of 7 nanometers, with
uncertainties equivalent to less than 2 picometers, in
measurements of the sensor peak position. Applications
based on this system were carried out. An analysis of
simultaneous measurement of temperature and pressure with
only one FBG sensor using transducer of pressure to
transfer a lateral force to the fiber, proportional to the
applied pressure, generating birefringence at grating Bragg
region has been realized. The proposed system allowed to
measure pressure range of 400 psi with uncertain of 4 psi
and simultaneously temperature range of 22 Celsius Degree with uncertain
of 0.1 Celsius Degree. In addiction, generated effects in the temporal
multiplexing (TDM) of fiber Bragg grating sensors when the
sensor spectra are fully overlapped have been analyzed. In
this study, it is compared the demodulation technique based
on two fixed filters with the conventional technique based
on the peak position. The results show that the technique
based on fixed filters presents advantage to conventional,
allowing a greatest sensor number. It was also analyzed the
generated disturbance in the Bragg grating sensor spectrum
when the source used to interrogate the sensor has a
residual modulation which changes with the temperature. And
finally, a polarized multiplexing system (TDM/WDM) able to
interrogate a large number of Bragg grating sensors written
in high-birefringent polarization-maintaining fibers has
been realized. It is based on integrated-optic switch Mach-
Zehnder interferometer in X-Y configuration and a CCD line
array spectrometer.
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[pt] AVALIAÇÃO PROBABILÍSTICA DA ESTABILIDADE DE UMA BARRAGEM DE REJEITOS / [en] PROBABILISTIC STABILITY EVALUATION OF A TAILINGS DAM03 January 2022 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta a utilização de métodos de equilíbrio limite em conjunto com métodos numéricos pela abordagem probabilística, para avaliação da estabilidade de uma barragem de rejeitos de mineração de ferro situada no quadrilátero ferrífero, no Estado de Minas Gerais. Foram conduzidas análises fazendo uso dos métodos de Bishop Simplificado (1955) e Morgenstern e Price (1965), além de análises numéricas de tensão vs deformação pelo método dos elementos finitos. Os campos de poropressão gerados no modelo numérico em dois momentos distintos da obra foram exportados para os modelos de equilíbrio limite, de forma que ambas análises fossem realizadas em condições piezométricas similares. Para as análises probabilísticas foram adotados os métodos FOSM (First Order Second Moment) e Monte Carlo. São apresentandos os conceitos básicos de análises de estabilidade determinísticas e probabilísticas, abrangendo os métodos de cálculo de FS, fundamentos de probabilidade e estatística e conceitos de modelagem numérica. Este estudo aborda também os princípios construtivos de barragens de rejeito de mineração, além da aplicação dos métodos probabilísticos para avaliação da estabilidade de uma barragem de rejeitos, construída pelo método de jusante. Os resultados indicaram que a consideração de uma superfície de ruptura livre foi fator preponderante na influência dos parâmetros na PR (Probabilidade de Ruptura). Concluiu-se também que os método de cálculo de FS teve maior influência no valor da PR do que as condições piezométricas da fundação. / [en] This work presents the use of limit equilibrium (LEM) and numerical methods by the probabilistic approach, in order to evaluate the stability of an iron ore tailings dam located in Minas Gerais s iron quadrangle. LEM analyzes were carried out using the Simplified Bishop (1955) and Morgenstern and Price (1965) methods, in addition to stress vs strain analyzes with the finite element method. The pore pressure fields generated in the numerical model at two distinct construction stages were exported to the limit equilibrium models in order to guarantee that both analyzes were performed on the same piezometric conditions. For the probabilistic analyzes the FOSM (First Order Second Moment) and Monte Carlo methods were applied. The basic concepts of deterministic and probabilistic stability analysis are presented together with the fundamentals of statistics and probability, FoS (Factor of Safety) calculation methods, as well as numerical modeling concepts. This work also addresses the definition and construction principles of tailings dams. This study presents an application of probabilistic methods to assess the stability of a tailings dam built and heightened by the downstream method. The results indicate that the consideration of a free failure surface was the decisive factor to the magnitude of the influence of each parameter on the PF (Probability of Failure). It was also concluded that the FoS calculation methods had a greater influence on the PF than the foundation s piezometric conditions.
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[en] ANALYTICAL MODELING OF DEFORMATION BANDS GENERATION IN SANDSTONE RESERVOIRS / [pt] MODELAGEM ANALÍTICA DA GERAÇÃO DE BANDAS DE DEFORMAÇÃO EM RESERVATÓRIOS ARENÍTICOSLEANDRO GUEDES CARVALHO 12 August 2021 (has links)
[pt] A predição da permeabilidade é uma etapa crítica no fluxo de caracterização e modelagem geológica de reservatórios e essencial para o desenvolvimento de projetos de produção. Estruturas subsísmicas denominadas bandas de deformação (BD) podem diminuir a permeabilidade em até seis ordens de grandeza em relação à rocha matriz de reservatórios areníticos e podem, dessa forma, atuar como barreiras totais ou parciais ao fluxo de fluidos.
O presente trabalho pretende contribuir na determinação do comportamento hidráulico de reservatórios propondo um modelo geomecânico analítico para a predição de BD em reservatórios de arenitos. Em termos práticos, o objetivo é prever se em uma determinada porção de um depósito siliciclástico de hidrocarboneto foram atingidas condições para a formação de BD, ou quão próximo se está de uma possível geração dessa feição a fim de se sugerir uma análise da redução de permeabilidade. A proposta se estende na implementação computacional do método e sua aplicação em um estudo de caso de um reservatório arenítico pouco consolidado da margem continental brasileira rico em BD.
Os resultados confirmaram a viabilidade do método mostrando que a porção do reservatório analisada atingiu as condições mecânicas para a gênese de BD a partir da idade geológica intitulada de Oligoceno (~ 23 a 35 Ma) para os cenários estabelecidos. / [en] The permeability prediction is a critical step in the flow of geological modeling and reservoir characterization and is essential for the development of production projects. Sub-seismic structures called deformation bands (BD) can reduce permeability up to six orders of magnitude in relation to the host reservoir sandstone and can thus act as total or partial barriers to the fluid flow.
The present work intends to contribute in the determination of the hydraulic behavior of reservoirs proposing an analytical geomechanical model for BD s prediction in sandstone reservoirs. In practical terms, the objective is to predict whether the conditions in a given portion of a siliciclastic hydrocarbon deposit have been reached for the localization of BD or how close it is to a possible generation of this feature in order to suggest an analysis of the permeability reduction. The proposal extends to the computational implementation of the method and its application in a case study of a poorly consolidated sandstone reservoir on the brazilian continental margin, rich in BD.
The results confirmed the viability of the method by showing that the portion of the analyzed reservoir reached the mechanical conditions for the genesis of BD from the geological age entitled Oligocene (~ 23 to 35 Ma) for the established scenarios.
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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] COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO DA BARRAGEM DE CURUÁ-UNA, PARÁ / [en] GEOTECHNICAL BEHAVIOR OF CURUÁ-UNA DAM, PARÁ.LARYSSA PETRY LIGOCKI 03 October 2003 (has links)
[pt] O comportamento geotécnico da barragem de Curuá-Una, Pará,
foi estudado devido à importância que a barragem representa
para a Região Norte do Brasil. A usina hidrelétrica de
Curuá-Una, inaugurada em 1977, está localizada na
Amazônia, próxima à cidade de Santarém. O estudo englobou a
avaliação das condições atuais de operação e a previsão de
desempenho após uma possível elevação de 1,5m do nível do
reservatório, com e sem alteamento simultâneo da crista da
barragem. A elevação do nível do reservatório
possibilitaria o aumento da potência útil da usina,
beneficiando toda a região. Uma ampla campanha de
ensaios geotécnicos foi realizada em amostras indeformadas
dos materiais constituintes da barragem. As amostras de
bloco foram extraídas dos taludes de jusante e montante,
acima do nível freático. O programa experimental incluiu
ensaios de caracterização, permeabilidade, adensamento,
cisalhamento direto, e triaxiais, com diferentes condições
de umidade. A pesquisa envolveu também a análise dos
resultados da instrumentação de campo, composta por
piezômetros instalados no corpo da barragem e na fundação
de material arenoso. Uma surgência da linha freática foi
identificada no talude de jusante, sugerindo um
funcionamento inadequado do filtro vertical. As análises
englobaram simulações numéricas da elevação do nível do
reservatório e da cota da crista da barragem, com o
objetivo de avaliar a deformabilidade do maciço. Foram
também definidos os níveis de alerta referentes à segurança
da barragem, com base em estudos de estabilidade realizados
para diferentes condições de geometria e carregamento. / [en] The geotechnical behavior of Curuá-Una dam, Pará, was
studied due its importance to the North Region of Brazil.
The power plant, in operation since 1977, is located in the
Amazon forest, next to the city of Santarém. The study was
comprised of the evaluation of current operation conditions
of the dam and prediction of its performance after a
possible rise of 1,5m of the level of the reservoir with
and without simultaneous rise of the dam s crest. The rise
of the reservoir would increase the power capacity of Curuá-
Una plant, benefiting the entire region. A comprehensive
program of geotechnical tests was carried out on
undisturbed samples of the dam materials. Block samples
were extracted from the upstream and downstream slopes of
the dam. The experimental program included characterization
tests, permeability, consolidation, direct shear and
triaxial tests, with different saturation conditions. The
research also included the analysis of field
instrumentation results. The instrumentation included
several piezometers, installed in the body of the dam and
in the sandy foundation. A surgency of the freatic line was
identified at the downstream slope, suggesting a
malfunctioning of the vertical filter. The analyses
included numerical simulations of different reservoir and
crest levels, with objective to evaluate the deformability
of the earth embankment. In addition, stability studies for
different geometries and loading conditions were also
carried out. Alert levels regarding the dam s stability were
established.
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