Propagação de fendas por fadiga quando sujeitas a carregamentos em Modo I ou Modo III

A propagação de fenda sob fadiga pode ser observada em vários componentes mecânicos, que podem ser feitos de chapa fina ou espessa (ou cascas) e, consequentemente, serem sujeitos a estado plano de tensão ou estado plano de deformação, respectivamente. As cargas aplicadas num corpo sólido que contém um entalhe estreito ou uma fenda aguda irão induzir uma zona de escoamento limite de material com uma dimensão que dependerá das propriedades mecânicas do material, bem como a espessura do corpo, o comprimento de fenda e a intensidade das cargas aplicadas. A propagação da fenda pode então ocorrer sob modo I, II, III ou modo misto. Esta tese apresenta as funções integrais JI, JII e JIII , que foram correlacionadas com os factores de intensidade de tensão KI, KII e KIII, para provetes CT espessos e finos. A avaliação dos valores do Integral-J foi feita para diferentes comprimentos de fenda, ao longo da frente de fenda, usando o Método dos Elementos Finitos (MEF), com nós colapsados e intermédios deslocados a ¼ do comprimento da aresta, com o objectivo de simular a singularidade na extremidade da fenda. A interacção entre os modos de abertura, corte e rasgamento é também discutida. Adicionalmente, a propagação de fenda sob o modo I e o modo III foi determinada experimentalmente, à temperatura ambiente, para um aço inoxidável austenítico Cr-Mn de alta resistência.

Estudo numérico do fenómeno de vibração induzida por vórtices num cilindro com 1 grau de liberdade em OpenFoam

Esta dissertação tem o intuito de validar o código numérico OpenFoam para problemas de fenómeno de vibração induzida por desprendimento de vórtices num cilindro circular com um grau de liberdade transversal ao escoamento. Na primeira parte é simulado o escoamento em torno de um cilindro circular fixo, e na segunda parte o escoamento em torno do cilindro oscilatório. O número de Reynolds é 200 para todas as simulações e o movimento do cilindro é descrito segundo um sistema massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para o movimento do cilindro utilizou-se o solver sixDoFRigidDisplacement e para a resolução de problemas de malha móvel o solver displacementLaplacian. O código numérico utilizado para o caso do cilindro fixo foi pimpleFoam e para o caso do cilindro oscilatório o pimpleDyMFoam. As simulações foram feitas através da resolução das equações de Navier-Stokes num domínio computacional bidimensional. Na simulação do escoamento em redor do cilindro fixo, os coeficientes de arrasto e sustentação e o número de Strouhal foram calculados e comparados com resultados da literatura. Os resultados estão próximos da realidade, no entanto observa-se que a dimensão da malha é muito importante para a precisão dos mesmos. Na simulação do escoamento em torno do cilindro oscilatório foram calculados os coeficientes de arrasto e sustentação e deslocamento do cilindro, para os sistemas massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para os dois sistemas foi apresentada e comparada a evolução destes resultados em função da velocidade reduzida e por fim foram comparados. Observa-se que o fator de amortecimento afeta as respostas do cilindro, dependo da velocidade reduzida. Os resultados obtidos em ambos os estudos foram satisfatórios e conclui-se que o código OpenFoam é uma boa ferramenta para resolver problemas com o fenómeno de vibração induzida por vórtices.

Estudo numérico da interação de ondas com um quebra-mar poroso utilizando o código IHFOAM

A presente dissertação tem como principal objetivo a validação da ferramenta IHFOAM do código OpenFOAM para problemas de interação de ondas com estruturas costeiras porosas, concretamente a interação de ondas com o quebra-mar poente do porto de pesca de Albufeira. Numa primeira parte deste trabalho analisa-se o comportamento do código com malhas de diferentes tipos, mais especificamente, estuda-se os efeitos sobre o escoamento de uma malha não estruturada no meio poroso em relação a uma malha estruturada. Isto é de extrema importância, devido ao tempo dispensado na construção de uma malha estruturada com elementos rectangulares. É ainda estudada a dependência da simulação numérica com o modelo de turbulência. O estudo mostra que os efeitos dos diferentes tipos de malha na zona porosa influenciam pouco o escoamento, sendo aceitável o recurso a malhas não estruturadas na zona porosa, em contraste com a escolha do modelo de turbulência que se mostra muito importante para a simulação. Numa segunda parte, são calibrados os parâmetros do meio poroso usados pelo modelo numérico. Apresenta-se o método utilizado para a calibração dos parâmetros e são estudados os seus efeitos sobre o comportamento hidráulico da estrutura. O estudo é realizado com duas alturas de ondas, uma altura de onda que não gera galgamento e uma altura de onda que gera galgamento. Foram colocadas várias sondas numéricas ao longo de um canal de ondas que medem a elevação de superfície livre simulada. Para os ensaios com galgamento, mediu-se a altura da água galgada e o volume galgado, podendo-se assim estudar os efeitos dos parâmetros do meio poroso do quebra-mar sobre o galgamento. A calibração sequencial dos parâmetros mostrou-se muito eficaz, gerando resultados muito bons. Ao longo do estudo entende-se a forte dependência do comportamento hidrodinâmico da estrutura, dos parâmetros e a necessidade de os calibrar, para cada caso estudado. Conclui-se que o IHFOAM é muito interessante para o estudo numérico de interação de onda-estrutura porosa, obtendo resultados satisfatórios para a superfície livre dentro e fora do quebra-mar. O galgamento, sendo um processo muito rápido, foi razoavelmente simulado e captado pelo código.

Interpretação de ensaios Lugeon para a caracterização hidráulica de maciços rochosos

Na prospeção geológico-geotécnica de terrenos que serve de apoio ao desenvolvimento do projeto de grandes obras, como barragens, túneis e cavernas subterrâneas, é usual executar ensaios Lugeon para a caracterização das propriedades hidráulicas dos maciços. No caso particular dos maciços rochosos, em que o escoamento da água ocorre essencialmente pelas descontinuidades, i.e., falhas e diaclases, os ensaios Lugeon integram e homogeneizam as propriedades hidráulicas de um volume de maciço, não tendo em conta o efeito discreto de que o escoamento se reveste. Pretende-se com este trabalho contribuir para uma melhoria da interpretação dos resultados destes ensaios e das metodologias de zonamento e caracterização hidráulica dos maciços rochosos. Para este efeito, foram estudados os resultados tradicionais de 372 ensaios Lugeon de sete barragens em Portugal, juntamente com as caraterísticas geotécnicas dos troços ensaiados, nomeadamente a fraturação evidenciada pelos registos fotográficos dos tarolos de sondagens, com o objetivo de correlacionar um conjunto de parâmetros geológicos com os resultados dos ensaios Lugeon. Avaliou-se a influência de parâmetros associados à fraturação, como a taxa de recuperação, índice RQD, número de descontinuidades, bem como a de parâmetros relacionados com fatores geométricos dos ensaios como a profundidade, localização e a orientação entre as descontinuidades e o eixo do furo. Ainda se avaliou o impacto que um fator relacionado com o estado de tensão tem nos resultados. A partir da aplicação desta avaliação estabeleceram-se correlações entre estas variáveis para perceber o efeito e peso de cada um e estabelecer uma classificação geo-hidráulica para maciços rochosos que auxilie na definição do zonamento hidráulico.

Modelo hidrogeológico e rede de monitorização da água subterrânea na Zona Industrial e Logística de Sines (ZILS)

Na Zona Industrial e Logística de Sines (ZILS) estão instaladas empresas e indústrias que interferem na quantidade e qualidade da água subterrânea de aquíferos da região. Estas utilizam e libertam poluentes que, consequentemente, quando não cumpridas as normas de segurança, podem causar impactes no ambiente. A ZILS situa-se no Sistema Aquífero de Sines, na Massa de Água 032-Sines, este é constituído por dois aquíferos, um superficial detrítico livre e outro carbonatado profundo confinado. Apesar de se encontrarem separados em grande parte da sua extensão, na região sul, estes aquíferos encontram-se em conexão hidráulica. Esta ocorre a este da falha da Maria das Moitas onde, a partir da qual e até ao limite com o Paleozóico, não foi reconhecida a unidade argilosa do Miocénico, aumentado assim a vulnerabilidade do sistema e a pertinente otimização da rede de monitorização. Para a realização de um estudo mais aprofundado e avaliação dos efeitos sobre as águas subterrâneas na área de estudo, definiu-se uma metodologia de trabalho que engloba 4 etapas: (i) revisão bibliográfica; (ii) recolha de dados geológicos e hidrogeológicos dos arquivos da aicep Global Parques, S.A., SNIRH e LNEG; (iii) tratamento e análise dos dados obtidos em ArcGIS e traçado de perfis geológicos interpretativos; (iv) realização do modelo geológico e hidrogeológico e respetiva adequação da rede de monitorização. O modelo hidrogeológico concebido mostra que o escoamento no Sistema Aquífero de Sines se processa, predominantemente, de E para W a partir do limite situado no contacto por falha entre as unidades do Paleozóico e Meso-Cenozóico com orientação, quase perpendicular, à ribeira dos Moinhos. A este deste alinhamento é assinalada a presença de um aquífero fissurado sob as areias do Plio-Plistocénico localizado na Formação de Mira. O escoamento neste aquífero faz-se de NE para SW, em direção ao oceano, para a praia de S. Torpes.

Influência de forças de percolação na estabilidade de obras geotécnicas. Implementação e validação de modelo numérico

A percolação da água nos solos impõe-lhe forças, designadas por forças de percolação, que alteram a distribuição das forças de massa e, portanto, das tensões efectivas no maciço. Neste trabalho desenvolve-se, implementa-se e valida-se um programa numérico de análise de escoamentos capaz de caracterizar eficazmente o comportamento da água nos solos em regime permanente. O programa detalha as pressões de água, as cargas hidráulicas, as velocidades e as forças de percolação. Em seguida, para avaliar a influência do escoamento de água na estabilidade das mais variadas obras geotécnicas recorre-se a um programa de elementos finitos que implementa numericamente o teorema cinemático da análise limite. Os exemplos de aplicação realizados para validação demonstram que o cálculo implementado conduz a resultados muito semelhantes, por vezes melhores, aos obtidos por outros autores, tanto a nível analítico como numérico. Conclui-se o trabalho com o estudo da influência de escoamentos com componente maioritariamente vertical na capacidade resistente de fundações superficiais. No caso de um escoamento estritamente vertical é necessária a condição de permeabilidade de fundação. A impermeabilidade da fundação altera o regime de escoamento, e, portanto, a distribuição das forças de percolação e das tensões efectivas. Este estudo tem como objectivo avaliar preliminarmente a influência desta alteração na capacidade resistente de fundações superficiais.