A Mecânica do Dano Contínuo é atualmente uma poderosa ferramenta para se modelar o comportamento não-linear de vários materiais decorrente da evolução de um processo de microfissuração. A perda de rigidez causada pelo processo físico tem sido considerada em modelos constitutivos através de variáveis de dano escalar, vetorial ou tensorial. Quando o carregamento é proporcionalmente crescente as deformações residuais podem ser ignoradas e relações constitutivas simples podem ser obtidas, onde os efeitos do dano aparecem por uma penalização direta das propriedades elásticas. Por outro lado, efeitos de dano podem ser acoplados com deformações residuais levando a relações constitutivas mais gerais. Esse trabalho está relacionado a esses tipos de modelos assumindo que o meio ideal apresenta um comportamento elástico linear com danificação ou elastoplástico com danificação. Um dos principais aspectos discutido relaciona-se à formulação variacional, a qual está baseada em conceitos de Análise Convexa e Não-Convexa. Explorando o fato que a evolução do dano tem correspondência com a idealização de regime de encruamento negativo, a teoria de localização de deformação é abordada e um estudo da condição necessária de singularidade ou perda da condição de elipticidade é realizado. Na sequência, uma proposta preliminar para uma análise de pós-singularidade, baseada na Teoria de Bifurcação, é feita no sentido de caracterizar pontos limite ou pontos de bifurcação de solução, em sistemas conservativos. / Continuum Damage Mechanics is nowadays a powerful tool to model the non-linear behaviour of several materials due to evolution of a microcracking process. The lost of rigidity caused by such physical process has been accounted in the constitutive models through a scalar, vectorial or tensorial damage variables. When proportional loading is considered the residuals strains can be ignored and simple constitutive relations can be obtained in which damage effects appear by direct penalization of the elastic properties. On the other hand, damage effects can be coupled with residual strains leading to more general constitutive relations. This work is related to such kind of models assuming that the ideal medium presents a linear elastic-damage or an elastoplastic-damage behaviour. One of the main topics discussed is related to the variational formulation which is based on Convex and Non-Convex Analysis concepts. Exploring the fact that damage evolution has correspondence with a softening idealised regime, the strain localization theory is treated and a study of a necessary condition for singularity or ellipticity tose condition is developed. In the sequence, a introductory poscritical analysis is proposed, based in the bifurcation theory and aiming to detect if the singularity corresponds to a limit or a bifurcation point solution, in conservative systems.

A Mecânica do Dano Contínuo é atualmente uma poderosa ferramenta para se modelar o comportamento não-linear de vários materiais decorrente da evolução de um processo de microfissuração. A perda de rigidez causada pelo processo físico tem sido considerada em modelos constitutivos através de variáveis de dano escalar, vetorial ou tensorial. Quando o carregamento é proporcionalmente crescente as deformações residuais podem ser ignoradas e relações constitutivas simples podem ser obtidas, onde os efeitos do dano aparecem por uma penalização direta das propriedades elásticas. Por outro lado, efeitos de dano podem ser acoplados com deformações residuais levando a relações constitutivas mais gerais. Esse trabalho está relacionado a esses tipos de modelos assumindo que o meio ideal apresenta um comportamento elástico linear com danificação ou elastoplástico com danificação. Um dos principais aspectos discutido relaciona-se à formulação variacional, a qual está baseada em conceitos de Análise Convexa e Não-Convexa. Explorando o fato que a evolução do dano tem correspondência com a idealização de regime de encruamento negativo, a teoria de localização de deformação é abordada e um estudo da condição necessária de singularidade ou perda da condição de elipticidade é realizado. Na sequência, uma proposta preliminar para uma análise de pós-singularidade, baseada na Teoria de Bifurcação, é feita no sentido de caracterizar pontos limite ou pontos de bifurcação de solução, em sistemas conservativos. / Continuum Damage Mechanics is nowadays a powerful tool to model the non-linear behaviour of several materials due to evolution of a microcracking process. The lost of rigidity caused by such physical process has been accounted in the constitutive models through a scalar, vectorial or tensorial damage variables. When proportional loading is considered the residuals strains can be ignored and simple constitutive relations can be obtained in which damage effects appear by direct penalization of the elastic properties. On the other hand, damage effects can be coupled with residual strains leading to more general constitutive relations. This work is related to such kind of models assuming that the ideal medium presents a linear elastic-damage or an elastoplastic-damage behaviour. One of the main topics discussed is related to the variational formulation which is based on Convex and Non-Convex Analysis concepts. Exploring the fact that damage evolution has correspondence with a softening idealised regime, the strain localization theory is treated and a study of a necessary condition for singularity or ellipticity tose condition is developed. In the sequence, a introductory poscritical analysis is proposed, based in the bifurcation theory and aiming to detect if the singularity corresponds to a limit or a bifurcation point solution, in conservative systems.

Este trabalho apresenta um estudo experimental sobre o comportamento de dutos enterrados sofrendo perda de apoio ou elevação em uma determinada região ao longo do comprimento. Foram realizados ensaios com modelos físicos compostos por um maciço de areia pura contendo um tubo repousando sobre um alçapão localizado no centro do vão. A pesquisa envolveu dois programas experimentais distintos. O primeiro foi desenvolvido na Escola de Engenharia de São Carlos/USP e contou com o desenvolvimento e a construção de um equipamento de ensaios possuindo um sistema de alçapão. Os modelos eram dotados de instrumental capaz de medir as deflexões e as deformações específicas ao longo do duto, além das tensões totais no maciço de solo circundante e na base do equipamento. O segundo programa experimental foi conduzido na Universidade do Colorado em Boulder, EUA, e envolveu ensaios em centrífuga. Essa fase da pesquisa teve por finalidade realizar uma investigação visual dos mecanismos de ruptura do sistema composto pelo solo e pelo duto sujeito à perda de apoio. Ambas as etapas do trabalho contaram com a execução de testes com modelos sem tubo. Os ensaios realizados revelaram aspectos importantes do problema investigado. A movimentação ativa ou passiva do alçapão exerceu uma forte influência na redistribuição das tensões no maciço de solo exterior à estrutura, a qual abrangeu distâncias horizontais superiores a 5 B e verticais superiores a 4 B. Após a perda de apoio ou a elevação, o topo, a base e as demais partes do conduto assumiram perfis de deflexão distintos ao longo do comprimento, os quais foram consideravelmente influenciados pela densidade relativa do solo e pela sobrecarga aplicada. A movimentação ativa do alçapão revelou ainda padrões de ruptura incluindo localizações de deformação propagando-se para a região do maciço de solo fora do alçapão / This thesis presents an experimental study on the behavior of buried pipes undergoing a loss of support or elevation in a localized region along its length. Tests with physical models comprising a pure dry sand and a tube resting on a rigid trapdoor base located at the center of its length were performed. The research included two distinct testing programs. The first testing program was carried out at the School of Engineering of Sao Carlos/USP, and included the construction of a laboratory facility containing a trapdoor system. The models were equipped with devices for measuring deflections and strains in the pipe, and total stresses in the soil mass and in the lower boundary of the model. The second phase of this investigation was conducted at the University of Colorado at Boulder, USA, and involved centrifuge testing. The main goal of this part of the research was to assess the failure mechanisms that take place when the pipe experiences loss of support. Models without the pipe were also tested in both phases. Important aspects of the soil-structure interaction were verified with the testing programs carried out in this study. A strong influence on the stress redistribution within the soil mass in the vicinity of the structure was achieved after the active or passive conditions were established, encompassing horizontal distances greater than 5 B and vertical distances greater than 4 B. The crown, the base, and the other parts of the pipe assumed distinct deflection profiles after the loss of support or elevation, which were strongly influenced by the relative density of the surrounding soil and by the surficial applied surcharge. The imposed downward boundary movement included the formation of shear bands initiating at the edge of the void and propagating towards the soil mass in the vicinity of the trapdoor

Este trabalho apresenta um estudo experimental sobre o comportamento de dutos enterrados sofrendo perda de apoio ou elevação em uma determinada região ao longo do comprimento. Foram realizados ensaios com modelos físicos compostos por um maciço de areia pura contendo um tubo repousando sobre um alçapão localizado no centro do vão. A pesquisa envolveu dois programas experimentais distintos. O primeiro foi desenvolvido na Escola de Engenharia de São Carlos/USP e contou com o desenvolvimento e a construção de um equipamento de ensaios possuindo um sistema de alçapão. Os modelos eram dotados de instrumental capaz de medir as deflexões e as deformações específicas ao longo do duto, além das tensões totais no maciço de solo circundante e na base do equipamento. O segundo programa experimental foi conduzido na Universidade do Colorado em Boulder, EUA, e envolveu ensaios em centrífuga. Essa fase da pesquisa teve por finalidade realizar uma investigação visual dos mecanismos de ruptura do sistema composto pelo solo e pelo duto sujeito à perda de apoio. Ambas as etapas do trabalho contaram com a execução de testes com modelos sem tubo. Os ensaios realizados revelaram aspectos importantes do problema investigado. A movimentação ativa ou passiva do alçapão exerceu uma forte influência na redistribuição das tensões no maciço de solo exterior à estrutura, a qual abrangeu distâncias horizontais superiores a 5 B e verticais superiores a 4 B. Após a perda de apoio ou a elevação, o topo, a base e as demais partes do conduto assumiram perfis de deflexão distintos ao longo do comprimento, os quais foram consideravelmente influenciados pela densidade relativa do solo e pela sobrecarga aplicada. A movimentação ativa do alçapão revelou ainda padrões de ruptura incluindo localizações de deformação propagando-se para a região do maciço de solo fora do alçapão / This thesis presents an experimental study on the behavior of buried pipes undergoing a loss of support or elevation in a localized region along its length. Tests with physical models comprising a pure dry sand and a tube resting on a rigid trapdoor base located at the center of its length were performed. The research included two distinct testing programs. The first testing program was carried out at the School of Engineering of Sao Carlos/USP, and included the construction of a laboratory facility containing a trapdoor system. The models were equipped with devices for measuring deflections and strains in the pipe, and total stresses in the soil mass and in the lower boundary of the model. The second phase of this investigation was conducted at the University of Colorado at Boulder, USA, and involved centrifuge testing. The main goal of this part of the research was to assess the failure mechanisms that take place when the pipe experiences loss of support. Models without the pipe were also tested in both phases. Important aspects of the soil-structure interaction were verified with the testing programs carried out in this study. A strong influence on the stress redistribution within the soil mass in the vicinity of the structure was achieved after the active or passive conditions were established, encompassing horizontal distances greater than 5 B and vertical distances greater than 4 B. The crown, the base, and the other parts of the pipe assumed distinct deflection profiles after the loss of support or elevation, which were strongly influenced by the relative density of the surrounding soil and by the surficial applied surcharge. The imposed downward boundary movement included the formation of shear bands initiating at the edge of the void and propagating towards the soil mass in the vicinity of the trapdoor