Desenvolvimento e aplicação do cone sísmico

A tendência atual de desenvolvimento de novos equipamentos geotécnicos combina diferentes técnicas, aliando a robustez do ensaio de cone às informações adicionais de outros ensaios. O cone sísmico constitui-se em exemplo típico adotado internacionalmente. Geofones ou acelerômetros podem ser incorporados ao fuste do cone para medida de velocidade de propagação de ondas de compressão e cisalhamento. O cone possibilita uma estimativa da resistência ao cisalhamento de materiais geotécnicos, enquanto as medias sísmicas permitem medir o módulo cisalhante a pequenas deformações. A combinação de valores de resistência e deformabilidade, expressa através da razão entre Go/qc, pode representar uma alternativa importante na caracterização de solos. Nesta dissertação o cone sísmico foi projetado, construído, calibrado e testado no depósito argiloso do Aeroporto Internacional Salgado Filho em Porto Alegre. O equipamento é composto de um módulo onde são acondicionados dois sensores (geofones), distantes de 1,0 m, para a captação das ondas de cisalhamento. Os sinais são captados e enviados para um pré-amplificador com filtro, acondicionado no módulo sísmico, sendo posteriormente conduzidos para um segundo amplificador cuja taxa de amplificação pode ser regulada. O sinal adquirido é armazenado em um computador para análise posterior O ensaio de cone sísmico consiste basicamente na geração de uma onda de cisalhamento na superfície do solo e seu armazenamento com o sistema de aquisição de sinais. A determinação do módulo de cisalhamento é feita através da teoria da elasticidade, medindo-se os tempos de chegada da onda de cisalhamento em cada geofone e calculando-se a velocidade de percurso da onda entre os dois sensores. O trabalho contempla o desenvolvimento do cone sísmico, montagem, calibração e aplicação na Área do Aeroporto Internacional Salgado Filho. Os resultados obtidos são comparados a resultados de ensaios de cross-hole existentes no referido local.

Estudo comparativo da influência da forma de hastes femorais cimentadas afiladas e polidas nos padrões de transmissão de carga e estabilidade in vitro

A necessidade de uma maior longevidade da artroplastia total do quadril em pessoas mais jovens e ativas tem impulsionado a evolução do projeto de hastes cimentadas polidas e sem colar, através de alterações da forma desde a original de Charnley, passando pela dupla cunha e mais recentemente, a tripla cunha. Essa pesquisa foi direcionada à análise comparativa da estabilidade de hastes cujos ângulos de cunha foram a variável de projeto. Modelos físicos simplificados de diferentes conicidades foram elaborados e submetidos a testes e simulações numéricas para verificar, respectivamente, a migração distal e o ambiente mecânico da interface entre a haste e o cimento. Em modelos anatômicos constituídos das formas de hastes comerciais, implantadas em fêmures compósitos, foram acompanhadas as movimentações axial e rotacional e foi determinado o padrão de transmissão de carga através do nível de deformações no interior do manto de cimento e na superfície do osso. A hipótese é que uma prótese que apresente maiores deslocamentos e maiores níveis de deformações impostas ao manto de cimento em testes estáticos e cíclicos devem ser as de maior probabilidade de revisão precoce. Por outro lado, a relação entre o nível de deformação da superfície cortical antes e depois da implantação das hastes indica o potencial para o remodelamento ósseo As hastes foram extraídas e reimplantadas nos modelos anatômicos após os testes de fadiga para verificar alterações nos padrões de deformação. Também foi avaliada a contribuição da polimerização do cimento na estabilidade através do acompanhamento das deformações e de simulações numéricas. O processo de polimerização do cimento contribui para o acoplamento, pois promove um grande nível de deformações residuais devido à retração. Por outro lado pode provocar trincas iniciais e espaços na interface entre o cimento e o osso, além de facilitar a propagação de trincas por fadiga. Nas simulações numéricas dos modelos físicos observamos que a condição inicial de adesão na interface é representativa entre a haste e o manto. Os modelos físicos indicaram maior migração com menor conicidade. Para os modelos anatômicos houve diferença significativa apenas quanto à rotação permanente entre os grupos, estando isto associado à rigidez proximal e ao raio de transição do calcar. As hastes tripla cunha conferem uma menor redução do nível de carregamento no grande trocânter, o que pode prevenir a reabsorção óssea adaptativa. As hastes dupla cunha provocam menor redução do nível de carregamento na região do calcar. Entretanto, outros fatores devem ser considerados, tais como o raio de transição do calcar e a rigidez proximal das hastes. Nos modelos anatômicos, mesmo após a extração e reimplantação das hastes, manteve-se o padrão de deformações tanto no manto quanto na superfície dos fêmures compósitos.

O método da extensão virtual da trinca na fadiga por contato do tipo "spalling"

O estudo dos mecanismos de fadiga por contato tem grande relevância para o estudo dos componentes mecânicos que estão sujeitos ao desgaste. O desgaste é um tipo de falha que ocorre na maioria dos componentes que trabalham em contato. Atualmente para prever o desgaste são utilizados métodos experimentais que permitem ajustar curvas semi-empíricas, ou seja, o resultado depende de vários testes que além de caros são demorados. Com o aumento da competitividade na indústria, o tempo se tornou artigo de luxo e com isso o aprimoramento dos modelos de cálculo e das simulações numéricas são muito bem justificados. O estudo aprofundado do mecanismo de fratura por contato sem dúvida pode dar subsídios para um melhor projeto do componente mecânico e assim conseguir predizer com maior precisão quando a falha por desgaste ocorrerá e assim evitar falhas catastróficas e paradas de máquinas não programadas gerando grandes prejuízos e também risco de vidas humanas Este estudo apresenta um modelo numérico utilizando o método dos elementos finitos computacional para a simulação do spalling em componentes mecânicos sujeitos à fadiga de contato. O modelo foi simplificado para duas dimensões e foi considerado estado plano de deformações. Este estudo apresenta uma aproximação na aplicação dos conceitos da Mecânica da Fratura para estimar a vida de componentes mecânicos. O resultado do modelo numérico é confrontado qualitativamente com resultados práticos. A geometria dos pits assim como as relações entre o Fator de intensidade de tensões e o tamanho da trinca é apresentado.

Comportamento mecânico de britas empregadas em pavimentação

Camadas granulares têm um importante papel no comportamento global de estruturas de pavimentos, especialmente quando possuem revestimentos delgados ou não possuem revestimento. Para estabelecer métodos de projeto mais eficientes e critérios construtivos, é necessário que a resposta das camadas granulares sob a ação do tráfego seja bem compreendida e levada em consideração. Assim, esta dissertação relata resultados de uma pesquisa sobre o comportamento quanto à resistência ao cisalhamento e deformações permanentes de três britas (uma graduada e duas uniformes com diferentes tamanhos máximos de partícula). Foram realizados ensaios triaxiais estáticos e dinâmicos obtendo-se os parâmetros de resistência de Mohr-Coulomb, módulos de Young, módulos de resiliência e o comportamento quanto a deformações permanentes. Para a brita graduada, desenvolveu-se um estudo complementar sobre o efeito do grau de compactação (90% e 100%) no seu comportamento mecânico. Uma observação conjunta dos resultados estáticos e dinâmicos associada a uma análise mecanística proporciona uma visão global dos resultados obtidos. A brita graduada, com grau de compactação de 100%, mostrou-se um agregado de excelente qualidade, apresentando bom comportamento quanto a deformações permanentes e elevada resistência ao cisalhamento, porém os seu módulos de resiliência foram apenas razoáveis Surpreendentemente, a granulometria uniforme com menor “tamanho máximo de agregado” apresentou um bom comportamento mecânico, porém devido aos seus baixos módulos de resiliência, não pode ser utilizada como camada de base. O seu uso fica restrito a pavimentos permeáveis sob tráfego de veículos leves, conforme demonstrado pelos resultados do monitoramento de um estacionamento experimental analisado nesta dissertação. As britas: uniforme com maior “tamanho máximo de agregado”(GU2) e graduada (GG1) com grau de compactação de 90%, apresentaram baixa resistência ao cisalhamento e alta deformabilidade plástica, comprometendo o seu uso como camada de base. De forma geral, foi confirmada a influência do grau de compactação e da granulometria no comportamento mecânico de materiais granulares. Nem o Índice de Suporte Califórnia e nem a resistência ao cisalhamento mostraram-se bons indicativos do comportamento de materiais granulares quanto a deformações permanentes.

Investigação do comportamento mecânico de um solo residual de gnaisse da cidade de Porto Alegre

O solo residual de gnaisse ocupa uma grande área da cidade de Porto Alegre. Embora exista histórico de instabilidades de estruturas de contenção executadas neste material, o estudo científico de suas propriedades geotécnicas foi iniciado somente a partir da execução de uma obra de solo grampeado, realizada no ano de 2001. O projeto da obra supracitada foi revisado a partir do início das escavações, através de retro-análises de rupturas induzidas, o que conduziu a parâmetros de resistência ao cisalhamento sensivelmente inferiores aos obtidos inicialmente através de ensaios de campo. Os deslocamentos de crista, medidos nesta estrutura, superaram os valores esperados a partir de dados da literatura. O solo residual de gnaisse estudado apresenta forte anisotropia textural, marcada pelos bandamentos herdados da rocha mãe. Estes bandamentos são formados pela intercalação de bandas micáceas e bandas compostas principalmente por partículas de quartzo e feldspato. Foram realizados ensaios triaxiais com medição local de deformações, ensaios de compressão isotrópica e ensaios de compressão confinada para o estudo da resistência ao cisalhamento e da deformabilidade deste solo residual de gnaisse Os ensaios foram realizados para diferentes ângulos entre o bandamento micáceo e a direção da tensão principal maior a. Diferente dos solos residuais de gnaisse estudados em outras partes do Brasil, o solo residual de gnaisse estudado apresenta clara anisotropia de resistência ao cisalhamento e de deformabilidade, devida à estrutura herdada da rocha mãe. Em um comportamento também diferente dos solos supracitados, o solo residual de gnaisse de Porto Alegre, com base nos ensaios realizados nesta dissertação, não apresenta uma superfície de plastificação dada pela sua estrutura. Realizando-se uma interpretação através dos conceitos da Teoria do Estado Crítico, verificou-se que o solo residual de gnaisse apresenta uma NCL para amostras reconstituídas, mas, devido ao seu caráter anisotrópico, não foi possível determinar a CSL do solo residual de gnaisse, nem definir sobre sua unicidade.

Contribuição ao estudo do envelhecimento de ligantes asfálticos : influência da adição de polímeros e comportamento frente a radiação uv

A malha rodoviária brasileira apresenta-se, em sua maior extensão, em má condições de serventia. Uma das alternativas para se evitar deformações permanentes e trincamentos no pavimento é a adição, a quente e em reatores especiais, de polímeros ao asfalto. Esta prática já é realizada no Brasil há alguns anos, porém ainda não se tem um domínio do assunto, principalmente no caso da modificação de ligantes asfálticos brasileiros. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência de algumas propriedades do polímero modificador no envelhecimento do ligante asfáltico modificado. Para tanto se realizou inicialmente um estudo sobre o mecanismo de envelhecimento de ligantes puros, inclusive frente a radiação ultravioleta do sol, e em seguida utilizou-se a mesma metodologia para avaliar o papel do polímero neste processo. Além disso, relacionou-se através de um projeto de experimentos a massa molar e teor de estireno do polímero SBS linear com suas propriedades clássicas, estabilidade, temperatura de transição vítrea e morfologia. Observou-se que a simulação de envelhecimento UV em laboratório, desenvolvida neste estudo, foi extremamente satisfatória. Os processos de foto-oxidação e termooxidação resultam em mecanismos diferentes de envelhecimento. A origem e composição química dos ligantes é de suma importância no mecanismo de envelhecimento UV destes. A massa molar e o teor de estireno do polímero modificador representam propriedades importantes para a estabilidade e durabilidade do ligante asfáltico modificado.

Análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados usando elementos finitos hexaédricos de oito nós com integração reduzida

Neste trabalho implementou-se o elemento hexaédrico com um ponto de integração para análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados com ou sem enrijecedores. O elemento está livre de travamento volumétrico e travamento de cisalhamento, não apresentando modos espúrios. São também incluídos problemas com não-linearidade geométrica A matriz de rigidez e de massa são dadas de forma explícita, reduzindo o tempo computacional, especialmente na análise não-linear. Para evitar o travamento de cisalhamento as componentes de deformações são referidas a um sistema co-rotacional. O travamento volumétrico é também eliminado, já que a parte dilatacional (esférica) da matriz gradiente é avaliada apenas no ponto central do elemento. Para a solução das equações de equilíbrio na análise estática, utilizam-se um método direto baseado na eliminação de Gauss ou um método iterativo de gradientes conjugados com precondicionamento executado através da eliminação incompleta de Choleski. Para a análise dinâmica, as equações de equilíbrio são integradas através do método explícito ou implícito de Taylor-Galerkin ou do método implícito de Newmark. Para análise não-linear utiliza-se o Método Generalizado de Controle dos Deslocamentos. Através de exemplos numéricos demonstra-se a eficiência e o potencial do elemento tridimensional na análise linear e não-linear de placas e cascas de materiais laminados. Os resultados são comparados com trabalhos que utilizam diferentes elementos de placas e cascas.

Ensaios acelerados de pavimentos para avaliação de desempenho de recapeamentos asfálticos

Esta dissertação apresenta uma avaliação da eficiência de um recapeamento constituído por mistura de asfalto-borracha (processo via-úmida), no retardamento de reflexão de trincas, através da técnica de ensaios acelerados. Para a realização do estudo foi construído um pavimento experimental com camada final de terraplenagem de argila arenosa de comportamento laterítico (50 cm), base de brita graduada (30 cm), camada de concreto asfáltico trincado (4 cm) e camada de recapeamento em asfalto-borracha (5 cm). O simulador de tráfego DAER/UFRGS aplicou aproximadamente 513.000 ciclos de carga de eixo de 100 kN. Ao longo do experimento o desempenho do pavimento foi acompanhado, com ênfase no surgimento de trincas. A evolução da condição estrutural do pavimento foi monitorada através das medidas de deflexões e dados de instrumentação (tensões e deformações). O registro da evolução da condição funcional do pavimento foi feito através do levantamento de afundamento de trilha de roda, e macro e micro textura. Com a finalidade de comparar o desempenho do recapeamento em asfalto-borracha com os de outros recapeamentos convencionais previamente ensaiados, desenvolveu-se um procedimento para correção de temperaturas. Constatou-se que o emprego de asfalto-borracha retardou em cinco vezes o surgimento de trincas. Assim, o nível de severidade do trincamento igual a 100 cm/m2 ocorreu no recapeamento em asfalto-borracha após 340.000 solicitações (100 kN), enquanto no recapeamento em asfalto convencional tal nível de severidade foi registrado com somente 66.000 solicitações da mesma carga de eixo. Globalmente, o recapeamento em asfalto-borracha conferiu ao pavimento melhores condições funcionais e estruturais, se comparado com um recapeamento convencional da mesma espessura, executado sobre um pavimento com níveis de degradação similares.

Dimorfismo sexual e variação de tamanho e forma do crânio de Myotis nigricans (Schinz, 1821) (Chiroptera : Vespertilionidae) de duas áreas geográficas brasileiras

O gênero Myotis possui mais de 80 espécies distribuídas globalmente. Estas espécies são morfologicamente muito semelhantes e raramente refletem especialização. Consequentemente, sua identificação é dificultada e conduz à complexidade taxonômica do grupo. O gênero teve incontestável sucesso evolutivo e seus representantes podem ser encontrados em todos os continentes (exceção da Antártica), de habitats semidesérticos a regiões subantárticas. A espécie M. nigricans distribui-se na Região Neotropical, ocorrendo desde o sul do México até o sul do Brasil e norte do Peru, Bolívia e Argentina. Suas características morfológicas, contudo, parecem não estar bem definidas. Informações sobre dimorfismo sexual e variação geográfica pouco foram abordados para M. nigricans no Brasil. Destaca-se, ainda, que M. nigricans frequentemente é confundida com outra espécie do gênero: M. riparia.Essas questões enfatizam ainda mais a problemática taxonômica do grupo. Com o objetivo de avaliar a existência de dimorfismo sexual e variação geográfica no tamanho e na forma do crânio de M. nigricans de duas áreas geográficas brasileiras, foram realizadas análises morfológicas através das técnicas de morfometria tradicional e geométrica. Examinaram-se 131 espécimes adultos de Myotis nigricans provenientes de duas áreas geográficas do Brasil: Ceará e Sul do Brasil (Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul). Para a análise da morfometria tradicional foram realizadas dez medidas cranianas e, adicionalmente, foi realizada a medida do antebraço. Para a análise da morfometria geométrica foram definidos 30 marcos anatômicos nas vistas lateral e palatal do crânio de M. nigricans. O dimorfismo sexual foi analisado apenas para os espécimes do Sul do Brasil e a variação geográfica apenas para as fêmeas, devido ao pequeno número de exemplares machos provenientes da região do Ceará, depositado nas instituições consultadas. As análises da morfometria tradicional e geométrica evidenciaram a presença de dimorfismo sexual unicamente em relação ao tamanho. Em todas as análises, as fêmeas foram maiores que os machos. Não foram verificadas diferenças na forma do crânio entre machos e fêmeas, uma vez que as análises das deformações parciais e relativas não evidenciaram diferenças entre os sexos. Foi verificada a existência de variação geográfica no tamanho e na forma das estruturas estudadas. Os espécimes do Sul do Brasil foram maiores que os espécimes do Ceará. A análise da morfometria geométrica indicou a formação de dois grupos que correspondem às duas áreas geográficas. Foram geradas grades de deformação que exibem claramente as variações na forma do crânio. Os resultados obtidos neste estudo contribuem para o conhecimento da morfologia de M. nigricans e podem, ainda, fornecer auxílio em relação à taxonomia das espécies de Myotis no Brasil.