Uma maneira de analisar a estabilidade de túneis escavados em maciços rochosos fraturados é a baseada na teoria da análise limite utilizando um critério de resistência macroscópico desenvolvido a partir da teoria de homogeneização. Este trabalho primeiramente descreve o comportamento mecânico dos constituintes do maciço rochoso fraturado e os métodos usuais de análise. Posteriormente é descrita a teoria da análise limite e da homogeneização em análise limite, utilizando estas teorias é apresentado o critério de resistência macroscópico para maciços rochosos fraturados em estado plano de deformações desenvolvido por Fréard (2000) e desenvolvido um critério de resistência macroscópico para maciços rochosos fraturados para o caso tridimensional. A partir destes critérios aplicaram-se mecanismos de ruptura para se encontrar limites superiores da função de estabilidade. Assim permitindo a análise da previsibilidade do colapso do túnel estação Pinheiros do metrô de São Paulo o qual os resultados apresentavam a possibilidade de prever o colapso. / One way of analyze the stability of tunnels excavated at fractured rock masses is based on the theory of yield design using a macroscopic strength criterion developed from the theory of homogenization. This dissertation first describes the mechanical behavior of the fractured rock mass constituents and the usual methods of analysis. Later is described the yield design theory and the theory of homogenization applied to the yield design using these theories is presented macroscopic strength criterion for fractured rock masses in a state plan developed by Fréard (2000) and developed a macroscopic strength criterion for rock masses fractured to the three-dimensional case. Based on these criteria were applied failure mechanisms to meet the upper bounding of the stability function. So it’s possible to analyze the predictability of the collapse of the tunnel-station Pinheiros of the Sao Paulo subway which the results showed the possibility of predicting the collapse.

As escavações subterrâneas têm estado sempre afetadas pelas condições dos maciços, os quais apresentam diferentes características e comportamentos frente a deformações ocasionadas após a escavação de uma galeria ou túnel. Em virtude disto, torna-se necessário uma análise dos parâmetros que permitam estabelecer as condições de segurança do túnel e propõe-se o uso de um sistema estéreo de rastreamento ótico para analisar o deslocamento de artefatos (conjunto de marcadores) instalados sobre o contorno das faces do túnel, a fim de detectarem-se deslocamentos do maciço em pontos estabelecidos com precisão menor a ±1 mm. O sistema proposto opera na região espectral do infravermelho, permitindo assim uma operação em ambientes com baixa luminosidade e com inserção de ruído ótico. Adicionalmente o trabalho inclui resultados de validação e desenvolvimento do sistema de visão estéreo baixo condições de dois cenários de diferente volume espacial, assim como o procedimento realizado para a calibração dos parâmetros intrínsecos e extrínsecos dos sensores do sistema (câmeras monocromáticas). Os resultados obtidos apresentam uma precisão de ±0,1881 mm para artefatos com três marcadores e uma precisão de ±0,4952 para artefatos com quatro marcadores. Finalmente, o sistema opera com uma sensibilidade de 0,99 mm na determinação da posição de um artefato associado a um ponto do perfil do túnel, e desta forma, podem-se definir as condições de estabilidade do maciço rochoso e os requisitos para auxilio as decisões de métodos de tratamento e aumento da segurança. / Underground excavations have always been affected by the conditions of mass, which have different characteristics and behaviors against deformation caused after excavation of a gallery or tunnel. Because of this, it is necessary an analysis of the parameters needed to establish the safety conditions of the tunnel and it is proposed the use of a stereo optical tracking to analyze the displacement of artifacts (set of markers) installed on the contour of tunnels’ faces in order to detect displacements of the mass points established with a precision lower than ±1 mm. This system operates in the infrared spectral region to take advantage of the low light and reduce the optical noise in environments with grace. Further work includes validation results and development of low stereo vision conditions of two different scenarios spatial volume, as well as the procedure carried out to calibrate the intrinsic and extrinsic parameters of the system sensors (monochrome camera) system. The results show an accuracy of ± 0,1881 mm for artifacts with three markers and an accuracy of ± 0,4952 for artifacts with four markers. Finally, the system operates with a sensitivity of 0,99 mm in the determination of an artifact associated with a point in the tunnel profile position, and thus, one can define the conditions for stability of the rock mass and assistance requirements for the decisions of treatment methods and increased.

Este trabalho estuda os resultados obtidos da aplicação de um modelo tridimensional de previsão de comportamento de túneis profundos em rocha reforçados com tirantes passivos. Utiliza-se o método dos elementos finitos e simula-se a escavação pelo sistema de ativação e desativação de elementos. Os tirantes são tratados com uma lei de comportamento elastoplástica e o maciço reforçado com tirantes é considerado um meio homogêneo anisotrópico em escala macroscópica, através do método de homogeneização dos meios periódicos. Para a análise paramétrica foi verificada a influência dos parâmetros do sistema de reforço e do maciço. Resultados em termos de convergência do túnel e tensões são apresentados e indicam que, para o caso analisado, o comprimento dos tirantes é um fator de reduzida influência. A densidade de tirantes possui maior importância, porém, esta não é afetada por modificações na coesão e no módulo de elasticidade do maciço. A distância de aplicação dos tirantes à face de escavação se mostrou significativa somente para valores abaixo de 1/3 do raio do túnel, para valores acima, os deslocamentos já ocorreram e, portanto, não mobilizavam mais os tirantes. Verificou-se que a concentração de tensões σrr acontece na parte superior e inferior do túnel e, também, antes da frente de escavação. O ângulo de atrito demonstrou influência irrisória na convergência, diferentemente da coesão que diminui a convergência, tanto do teto como da parede do túnel, à medida que seu valor aumenta. O empuxo lateral exibiu ainda maior significância, revelando o quanto é importante sua correta determinação, especialmente na convergência lateral do túnel. Ainda, constatou-se a grande importância da combinação de tirantes com revestimento em concreto, que juntos, diminuíram em aproximadamente 25% os deslocamentos no teto do túnel. / This work studies the results obtained from the application of a three-dimensional model to predict the behavior of bolted reinforced rock mass deep tunnel. The finite element method is used to model and simulate the excavation through the activation and deactivation of elements. The bolts are treated with an elastoplastic law and the rock mass is considered as a homogenized anisotropic medium on the macroscopic scale through the homogenization method of periodic media. In the parametric analysis was studied the influence of the parameters of the reinforcement system and the rock mass. Results in terms of convergence of the tunnel and stresses are presented and indicate that, for the studied case, the length of the bolts is a factor of little influence. The density of bolts has a greater importance, however, its influence was not affected by changes in cohesion and elasticity modulus of the rock mass. The distance between the bolted zone and the facing of the tunnel was a significant parameter only for values below 1/3 of the tunnel’s radius, for distances greater than this, the displacements had already occurred and did not mobilize the bolts anymore. It was verified that stress concentration σrr occurs in the top and bottom of the tunnel, and also before the facing of the excavation. The friction angle demonstrated negligible influence on the convergence, unlike the cohesion, which decreases the convergence of the roof and tunnel’s wall as its value increases. The coefficient of lateral earth pressure at rest, k0, exhibited even greater significance, revealing how important its correct determination is, especially for the lateral convergence of the tunnel. Still, it was observed the great importance of the combination of bolts and concrete lining, which together decreased by approximately 25% the displacement of the tunnel’s roof.

Devido ao seu crescimento acelerado o município de Curitiba deverá, em breve, ter seu espaço subterrâneo ocupado com maior intensidade. Este processo deve ser devidamente planejado, levando-se em conta as propriedades geotécnicas do subsolo. Assim, buscou-se desenvolver e aplicar um método de caracterização geotécnica do meio urbano para fins de planejamento do espaço subterrâneo. O trabalho consistiu no mapeamento tridimensional das principais unidades geotécnicas e na sua caracterização em termos de adequação para obras subterrâneas. Para tanto, inicialmente, reuniu-se dados geotécnicos existentes (sondagens, poços, mapas topográficos), e levantou-se pontos em campo. A partir do mapa topográfico gerou-se imagens artificiais do terreno, que foram reunidas aos demais dados em um sistema de informações geográficas (SIG). Este processo permitiu a elaboração de um mapa geológico simplificado. Os dados armazenados no sistema (SPT, profundidades das unidades geológicas, entre outros) passaram por uma filtragem, sendo exportados para a realização de análises geoestatísticas, interpolações e geração de cartas de isovalores. Grades regulares com valores interpolados foram então inseridas no SIG, constituindo-se um modelo geotécnico digital tridimensional que permite a navegação virtual entre unidades geotécnicas. Através de classificação geomecânica determinou-se as condições de suporte e estabilidade para possíveis túneis em rochas do município. No caso dos solos realizaram-se análises limite considerando informações de campo e ensaios SPT. Integrando- e, em um único documento, cartas de profundidade das unidades geotécnicas, o mapa geológico simplificado e informações construtivas para túneis, gerou-se um mapa orientativo para a construção de obras subterrâneas no município de Curitiba. Este mapa pode ser diretamente aplicado no planejamento de ocupação do subterrâneo. / Due to its fast population increase, the city of Curitiba will soon have to use its underground space. However, underground space use should be previously planned, taking geotechnical information into consideration. Therefore, the present research is intended to develop and apply an urban geotechnical characterisation method for underground space planning. The work consisted of a 3D mapping of main geotechnical units and determination of their suitability for underground constructions. At first, existing geotechnical data, such as borehole logs, well logs and topographic maps, have been collected and stored. Field studies were carried out subsequently. Digital terrain models have been obtained from topographic maps, and integrated with the other data in a geographical information system (GIS). This process allowed for the production of a simplified geological map. The stored data have been filtered and exported for the development of geostatistical analysis, interpolations and contour maps. Interpolated grids were then reinserted in the GIS software, where a 3D digital geotechnical model has been produced, permitting virtual navigation through soil layers. Tunnel stability and support design evaluations have been performed by means of rock mass classifications. For soil tunnel stability and support assessments, field studies and N-SPT correlations have been used along with limit analysis. A decision support geotechnical map for underground constructions has been obtained by representing, in a single document: the simplified geological map, geotechnical unit depth contour charts, tunnel stability and support analysis results. This decision support map may be directly applied for underground space planning activities.

Neste trabalho, foi desenvolvida uma formulação do método dos elementos de contorno (MEC) isoparamétrico com aproximação de ordem qualquer para análise de domínios bidimensionais enrijecidos, particularmente túneis. Tal formulação simula os enrijecedores a partir de correções da rigidez local, que são introduzidas utilizando-se um termo adicional escrito em tensões iniciais sobre a área estreita do enrijecedor. Além das equações integrais usuais para pontos do contorno foram também necessárias as equações integrais da força normal e do momento fletor escritas para pontos do eixo do enrijecedor. Através do polinômio de Lagrange foi feita a generalização da ordem das funções polinomiais responsáveis pela aproximação tanto das variáveis quanto da representação geométrica do problema. A partir daí, a formulação apresentada simulou com êxito a inclusão de enrijecedores em tais meios, como por exemplo, na análise de estacas, ou de enrijecedores na escavação de túneis. Foi desenvolvida também neste trabalho uma formulação para considerar o atraso na instalação do suporte de túneis. Com o desenvolvimento do elemento de contorno curvo de ordem qualquer, pôde-se obter resultados ainda melhores com discretizações reduzidas. / In this work, an isoparametric boundary element method (BEM) formulation with approximation of any order was developed to the analysis of stiffened two-based on local stiffness corrections, which are made using an additional integral written in terms of initial stresses, applied over the areas close to stiffeners. Besides the usual displacement integral equations the presented formulation also requires integral equations of the normal forces and the bending moments written for points defined along the stiffener axis. By using Lagrange polynomials, the generalization of the shape function order used to approximate the boundary values and the geometry was made. Excavations in infinite media or large domains are engineering applications in which the BEM is efficient due to its accuracy, reliable results and also to require coarser discretizations, always leading to smaller algebraic systems when compared to other methods. Thereafter, the presented formulation can simulate successfully the inclusion of stiffeners into two-dimensional domains, such as the analysis of piles embedded in a 2-D solids or lined tunnels. It was also developed a formulation to consider the delay to install tunnel linings.

Acidentes em obras de engenharia são frequentemente atribuídos a \"imprevistos ou surpresas geológicas\". Tal denominação denota um desconhecimento relativo da geologia dos maciços rochosos nos quais estas obras são implantadas. Este desconhecimento traduz o quadro de incertezas que permeia o ambiente geológico, responsável por inúmeros insucessos em obras de engenharia. Em vista das dificuldades que o meio técnico encontra para equacionar o problema o estudo propõe a incorporação destas incertezas ao projeto e construção de túneis em áreas urbanas, através da análise de decisão. A metodologia e o modelo de decisão propostos envolveram uma estratégia para redução do risco, apoiada em dois princípios básicos: reduzir as incertezas através da obtenção de um maior número de informações geológicas do maciço ou limitar o impacto das incertezas no desempenho técnico e econômico do projeto, adotando-se alternativas de construção que, em princípio, podem parecer mais caras. A aplicação do modelo de decisão exige a estimativa de probabilidades da ocorrência de eventos aleatórios, que são tratadas segundo os princípios da Teoria das Probabilidades, em sua visão subjetiva. A proposta metodológica desenvolvida foi aplicada na região das marginais do rio Pinheiros, correspondente a um subtrecho do túnel da Linha 4 - Amarela, da Companhia do Metropolitano de São Paulo - METRO, atualmente em processo de licitação. O trecho analisado foi caracterizado como de alto risco nas análises efetuadas, e os resultados obtidos demonstraram que o modelo de decisão adotado foi capaz de diferenciar a melhor alternativa para redução do risco bem como indicar o método de escavação do túnel que, frente ao critério de risco inicialmente estabelecido, fosse o mais econômico. / Failures in engineering works are always attributed to geological uncertainty. These facts denote that there is a significant lack of knowledge of the rock mass behavior where the works are developed. This lack of knowledge reflects the uncertainty associated to the geological environment, and responsible for several accidents in civil works. Aiming at solving that problem, this thesis proposes to incorporate these uncertainties in the design and construction of tunnels in urban areas, using decision theory. The methodology and decision model suggested evolves a risk reduction strategy based on two basic principles: 1) to reduce the uncertainty through the addition of more geologic information (obtained by more investigation) and 2) to limit the impact of the uncertainty in the technical and economical performance of the design, adopting construction alternatives that, initially, may appear more expensive. The application of the decision model implies the estimation of the probabilities that aleatory events may occur, which are analyzed according the Probability Theory in its subjective approach. The methodology here proposed was applied in the region of the marginal Rio Pinheiros avenue, corresponding to a portion of the Line 4 - Yellow, of the Metropolitano de São Paulo - METRO. The portion submitted to the analysis showed to be of high risk and the results obtained demonstrated that the decision model proposed and adopted was able to differ the best alternative to reduce the risk, as well as to indicate the most appropriate construction method considering the risk criterion initially established.

O projeto estrutural de túneis envolve o conhecimento da variável convergência (fechamento radial) para definição da pressão atuante sobre o revestimento e do nível de descompressão do solo circundante (maciço). A adoção de modelos contínuos em elementos finitos consegue discretizar de forma mais adequada o modelo mecânico estrutural considerando a interação com o solo. Dessa forma, esta dissertação recai sobre a variação da razão de cobertura (profundidade) de um túnel, a fim de determinar a profundidade limite que o modelo numérico segue o padrão de tensões geostáticas crescentes com a profundidade versus um padrão geostático uniforme profundo. A validação do modelo numérico ocorre junto a soluções analíticas desenvolvidas por Park (2004) e Kirsch (1898) para túneis em maciços elásticos superficiais e profundos respectivamente. Nos exemplos analisados, quando a profundidade do eixo do túnel é dez vezes maior que seu diâmetro as convergências se aproximam daquelas dadas pelo GEOMEC 91 (Bernaud, 1991) e o túnel pode ser considerado profundo. A curva de assentamentos (recalques) foi considerada consequência importante a ser notada em túneis superficiais que mostraram um recalque máximo até duas vezes maior quando se reduz a profundidade Para esse estudo foram desenvolvidos scripts com profundidade variável adicionando a superfície de plasticidade de Drucker-Prager (utilizada em solos friccionais). O modelo numérico desenvolvido para túneis superficiais é validado junto a túneis reais instrumentados que tenham sido avaliados a partir de algum outro modelo contínuo, são eles: Heathrow Express, Green Park, Metrôs de Barcelona, Brasília e São Paulo com resultados variando entre 1,20% e 6,78%. Eventualmente, uma breve análise do desenvolvimento de tensões no revestimento para túneis circulares, elípticos e ferradura é realizada a fim de encontrar zonas de tração. Enquanto túneis em seção ferradura desenvolveram tração para qualquer profundidade devido ao formato retilíneo, túneis circulares precisaram se encontrar com baixa profundidade a fim de desenvolver zonas descomprimidas decorrentes da ovalização de túneis rasos. / The structural design of tunnels involves the knowledge of the variable convergence (radial closure) for the definition of the acting pressure upon the lining and for the decompression level of the involving soil (rockmass). The adoption of continuous models using finite element analysis (FEA) is able to assess the structural mechanical model accurately, concerning the soil interaction. This way, this work studies the covering ratio (depth) of tunnels, in a way to determine the threshold point which divides the geostatic growing stresses versus the deep uniform stresses pattern. The validation of the numerical model under an elastic rockmass is done by comparison with analytical solutions developed by Park (2004) and Kirsch (1898) for shallow and deep tunnels respectively. Regarding the analyzed examples, when the depth of the tunnel axis is ten times greater than its diameter; the convergences approach to the ones given by GEOMEC 91 (Bernaud, 1991) and the tunnel may be considered deep. The settlement through (ground movement) is considered an important consequence to be noticed upon shallow tunnels; these tunnels have led to a maximum settlement twice deeper when the covering ratio is shallow (H/D = 1). For this study, several scripts have been developed concerning the variable depth and adding the Drucker-Prager plasticity criterion for frictional soils. The numerical model developed for shallow tunnels is validated with other continuous models relied on real instrumentation of subway network tunnels, such as: Heathrow Express, Green Park, Barcelona, Brasília and São Paulo with the solutions ranging between 1,20% and 6,78%. Eventually, a brief analysis of the stress development in the lining for circular, ellipsoid and horseshoe tunnels is done in search of tension zones. In one hand, horseshoe tunnels develop tension for any depth due to its straight walls; in the other hand, circular tunnels need to have a small covering ratio in order to develop decompression zones caused by the shallow tunnels ovalization.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:18:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 antonio davi barbosa.pdf: 7758896 bytes, checksum: ca05d091a1db99ebc27e5221e6137f79 (MD5) Previous issue date: 2010-09-24 / The present work aims to analyse the durability parameters of the shotcrete, comparing the dry and wet projection systems, of the concrete resulting from the projection in plates and from the test specimens extracted from the tunnels structures of the North-South Railway, tract 01, in Anápolis-GO. This work considers an experimental research concerning the shotcrete behavior for dry-mix and wet-mix projection systems, by using testing indicators of the main durability parameters coming from national and international specifications. So, the experimental program involves a comparative assessment among the projection systems of current use in shotcrete, considering the comparative analysis between projected plates (control) and extracted test specimens from the tunnels on what refers to meeting the requirements related to durability. Therefore, the experimental program showed as independent variables: type of projection system (whether by means of dry-mix or wet-mix shotcrete) and the extraction of test specimen (from the control plates or from the tunnels structure). For each type of projection (dry-mix and wet-mix shotcrete), three plates were cast (normally used for concrete technological control) in conditions similar to the work-site, with the test specimens extraction been carried out according to pre-established ages. Eight test specimens were extracted from the just-builts tunnels generating thus samples to the durability associated tests, such as: capillary water absorption, immersion water absorption, concrete electric resistivity, water penetration under pressure, penetrability of chloride ions and concrete compressive strenght. Test specimens extracted from the tunnels and the from the plates were also submitted to testings of compressive strenght and mix-proportion reconstruction. The concrete extracted from tunnels showed worse results comparing to the parameters expected from the projected concrete requirements for road and rail tunnels, and it also demonstrated results which were inferior to the ones obtained from the plates. From a general assessment view, we could verify losses of durability properties of the shotcrete extracted from tunnels in reference to the projected plates. / O presente trabalho tem como objetivo analisar os parâmetros de durabilidade do concreto projetado, comparando os sistemas de projeção via seca e via úmida, dos concretos resultantes da projeção em placas e dos testemunhos extraídos das estruturas dos túneis da Ferrovia Norte-Sul, trecho 01, em Anápolis-GO. Este trabalho contempla um estudo experimental de análise do comportamento de concretos projetados por via seca e úmida, através de ensaios indicadores dos principais parâmetros de durabilidade, constantes das especificações nacionais e internacionais. O programa experimental envolve, portanto, a avaliação entre os sistemas de projeção de uso corrente em concreto projetado, considerando a análise comparativa entre as placas projetadas (de controle) e os testemunhos extraídos dos túneis, no que se refere ao atendimento aos requisitos relativos à durabilidade. Para tanto, o programa experimental teve como variáveis independentes: tipo de sistema de projeção (se por via seca ou por via úmida) e a extração dos corpos-de-prova de concreto (da placa ou do túnel). Para cada tipo de projeção (via seca e via úmida) foram moldadas três placas (normalmente utilizadas para os fins de controle tecnológico do concreto) em condições similares às da obra, tendo-se em seguida, nas idades preestabelecidas, executado-se a extração de corpos-de-prova. Foram também extraídos oito testemunhos dos túneis executados, gerando, assim, corpos-de-prova submetidos aos ensaios balizadores dos parâmetros de durabilidade adotados neste estudo, a saber: absorção de água por capilaridade, absorção por imersão e fervura, resistividade elétrica, penetração de água sob pressão, penetrabilidade de íons cloreto e resistência à compressão axial. Contribuíram também para a caracterização do material os corpos-de-prova extraídos dos túneis e das placas, que foram submetidos a ensaios de resistência à compressão axial e de reconstituição de traço. Os concretos extraídos dos túneis mostraram resultados abaixo dos parâmetros para os resultados esperados dos requisitos de concreto projetado para os túneis rodo-ferroviários, e ainda com resultados inferiores aos resultados obtidos das placas. Numa avaliação geral, constatou-se perdas de propriedades de durabilidade do concreto projetado extraídos dos túneis em referência aos das placas projetadas.

Recently, the wavy leading edge airfoils, inspired by the humpback whale´s flipper, have been investigated, as flow control mechanisms, at low Reynolds numbers in order to improve aerodynamic performance in this particular flow regime. The overall aim of this work is to investigate the airfoil geometric effects on wavy leading edge phenomena in the low Reynolds number regime. Experimental investigations were carried out correlating force measurements with mini-tuft and oil visualizations in order to understand the airfoil thickness effects on wavy leading edge phenomena. Three sets of airfoil thickness were tested (NACA 0012, NACA 0020 and NACA 0030), each set consisting of smooth plus three wavy configurations (A=0.11c, ?=0.40c; A=0.03c, ?=0.40c and A=0.03c, ?=0.11c); Reynolds number was varied between 50,000 and 290,000. The results present many findings that were not possible in previous studies due the fact that these investigations were constrained to specific geometries and/or flow conditions. At higher Reynolds number, the decrease in airfoil thickness leads the airfoils to leading edge stall characteristics causing the lowest aerodynamic deterioration for the thinnest wavy airfoil as compared to smooth configuration in the pre-stall regime. In addition, the results show impressive tubercle performance in the lowest Reynolds number. For any tubercle geometry and airfoil thickness, the wavy leading edge airfoils present higher maximum lift values as compared to smooth configurations showing an unprecedented increase in performance for a full-span model tested in the literature. The flow visualizations present two flow mechanisms triggered by secondary flow: three-dimensional laminar separation bubbles and vortical structures. Regarding three-dimensional laminar bubbles, the results confirm some of the few previous experimental and numerical studies, and presents for the first time these structures as a very efficient flow control mechanism in the post-stall regime justifying the impressive increase in maximum lift in the lowest Reynolds number. Besides that, two characteristics of laminar bubbles, \"tipped-bubbles\" and \"elongated-bubbles\", are identified with different effects in the pre-stall regime. This thesis presents higher tubercle performance for thinner airfoils (NACA 0012) and/or lower Reynolds number conditions (Re=50,000) showing clearly that an optimum performance lead the \"tubercles\" to operate under conditions of leading edge flow separation conditions. Therefore, a design space for tubercles conducted to leading edge stall characteristics confirming the hypothesis of Stanway (2008) eight years before. / Recentemente, aerofólios com bordo de ataque ondulados, inspirados na nadadeira da baleia jubarte, tem sido investigados como mecanismo de controle de escoamento para baixo número de Reynolds com a finalidade de se aumentar o desempenho aerodinâmico neste específico regime de escoamento. O objetivo geral deste trabalho é investigar os efeitos geométricos do aerofólio nos fenômenos do bordo de ataque ondulado na condição de baixo número de Reynolds. Investigações experimentais foram realizadas correlacionando medições de forças com visualizações de lã e óleo a fim de compreender os efeitos da espessura do aerofólio sobre os fenômenos de bordo de ataque ondulado. Três conjuntos de espessura de aerofólios foram testados (NACA 0012, NACA 0020 e NACA 0030) na faixa de número de Reynolds entre 50,000 e 290,000, onde cada conjunto tem um aerofólio liso e três ondulados (A = 0.11c, ? = 0.40c; A = 0.03c, ? = 0.40c e A = 0.03c, 0.11c ? =0.11c). O dados experimentais mostram importantes resultados que não foram possíveis em estudos anteriores devido às investigações serem restritas à geometria ou/e condição de escoamento específicas. O resultados de medida de força mostram que a diminuição da espessura do aerofólio conduz às características de separação de escoamento de bordo de ataque que causam menor deterioração aerodinâmica nos aerofólios ondulados finos quando comparados aos lisos no regime de pré-stall. Além disso, os resultados mostram um desempenho destacado do bordo de ataque ondulado para condição de menor número de Reynolds. Em quaisquer espessuras de aerofólio, os bordos ondulados apresentam valores de sustentação máxima maiores quando comparado aos aerofólios lisos mostrando assim resultado inédito na literatura para modelos ondulados bi-dimensionais. As visualizações de óleo evidenciaram dois mecanismos de controle de escoamento desencadeadas pelo escoamento secundário: bolhas de separação laminar tridimensionais e estruturas vorticais. Os resultados confirmam alguns poucos estudos experimentais e numéricos anteriores relacionadas com bolhas tridimensionais, e apresenta pela primeira vez estas estruturas como um mecanismo muito eficiente de controle de escoamento em regime de pós-stall justificando o aumento de máxima sustentação para o menor número de Reynolds. Adicionalmente, foram identificadas duas estruturas de bolhas tridimensionais nomeados aqui como \"bolhas com pontas\" e \"bolhas alongadas\" que causam distintos efeitos no regime de pré-stall. Esta tese apresenta como resultado maior desempenho para aerofólios ondulados com menor espessura (NACA 0012) e/ou para condições de menor número de Reynolds (Re=50,000)mostrando claramente que estas características levam as ondulações a operarem em condições de stall de bordo de ataque assim tendo um desempenho superior. Portanto, um espaço de projeto para tubérculos conduz às características de stall de bordo de ataque confirmando a suposição de Stanway (2008) oitos anos antes.

O trabalho aqui apresentado visa estudar diferentes tipos de piso localizados na seção de testes de um túnel de vento e verificar a influência que ocorre em ensaios de automóveis analisando o escoamento entre o veículo e o solo, assim como avaliar alterações no coeficiente de arrasto, utilizando simulações numéricas computacionais. O coeficiente de arrasto de um veículo é uma propriedade aerodinâmica importante e, quanto menor for esse valor, melhor será seu rendimento, além de melhorar o consumo de combustível, item relevante hoje no projeto de novos automóveis. Partindo de um ensaio experimental de uma pequena caminhonete em túnel de vento com piso fixo, um modelo virtual igual é construído e analisado por CFD, nas mesmas condições de teste do ensaio real. A diferença de resultado entre o coeficiente de arrasto medido em túnel de vento e o cálculo por simulação é de 0,25%, mostrando que o método de simulação possui grande confiabilidade. Posteriormente, outras duas simulações considerando dois outros tipos de solo: plataforma elevada e esteira rolante são analisadas e apresentaram diferenças de decréscimo valor de arrasto de 0,002 e 0,012 respectivamente, em relação a simulação com piso fixo, mostrando a influência de alterar o tipo do solo na seção de testes do túnel de vento. O comportamento do escoamento de ar é visualizado através de imagens do campo de velocidades e de pressões, sendo caracterizadas a camada limite e regiões de estagnação. Complementarmente, são realizados dois estudos: o primeiro considerou apenas uma roda isolada em condição de piso fixo e com esteira rolante, na mesma seção de testes do túnel de vento, visando medir a influência de mudar tipos de solo, sem utilizar um veículo completo, economizando em processamento e preparação de modelo. O segundo estudo considerou 3 diferentes tamanhos de malha sendo eles 5, 10 e 20 mm e medir a influência disso no resultado do coeficiente de arrasto obtido. / The work here presented aims to study different types of ground configurations, located at the test section of a wind tunnel and check their influence on the drag coefficient of one car, using only computer simulations. The drag coefficient of a vehicle is one of the most important aerodynamic proprieties, and as low as this drag value can be, the car performance will increase and the fuel consumption will decrease, item which has been persued in new vehicles. Starting from one real wind tunnel test of a small pick-up, with static test section ground, a virtual model was built and tested using CFD, following the same configuration of the real test. The difference between test and simulation results was 0.25%, showing that the methodology here used is reliable. After that, two other types of ground were simulated: elevated plate and moving belt and the results show that drag value decreased 0.002 and 0.012 respectively, compared to the value obtained with static ground simulation. The flow behavior is demonstrated with colored images of the velocity and the pressure fields. As a complement for this work, two other cases were studied: the first one analyzed one isolated wheel in two different types of ground: static and moving belt, at the same wind tunnel test section, aiming to measure the influence of these types of ground, without the need of using a complete car, saving computational and modeling time. The second study shows the influence of mesh size, considering three cases: 5, 10 and 20 mm, in order to evaluate the influences of it on drag coefficient results provided by CFD.