Propriedades geotécnicas dos solos coluvionares do gasoduto Bolívia-Brasil em Timbé do Sul (SC)

Esta dissertação de mestrado apresenta estudos sobre as propriedades geotécnicas dos solos coluvionares existentes ao longo do gasoduto Bolívia-Brasil em Timbé do Sul (SC), na região sul do Brasil. Estas propriedades deverão ser utilizadas em análises de estabilidade de taludes naturais e de corte ao longo do gasoduto, principalmente na avaliação da suscetibilidade à iniciação de fluxos de detritos (debris flows), já constatados na região em Dezembro de 1995. Os fluxos de detritos são os movimentos de massa que representam maior risco à integridade física do gasoduto na região investigada. Ressalta-se que rupturas de gasodutos, como a ocorrida no México em Junho de 2003, em função de um fluxo de detritos, podem ter conseqüências devastadoras em termos de perda de vidas e danos a propriedades e ao meio ambiente. A área investigada é formada por depósitos coluvionares originados da Formação Serra Geral, geralmente associados à existência de perfis com horizontes de solo residual e blocos de rocha, originários de maciços rochosos fraturados. Dois depósitos coluvionares investigados foram identificados como provenientes da decomposição de rochas vulcânicas. Estes depósitos encontram-se assentes sobre solo residual de basalto. Outro depósito coluvionar estudado foi identificado como oriundo da degradação de arenito intertrap. Os ensaios de laboratório realizados foram ensaios de expansão, ensaios de caracterização, ensaios de cisalhamento direto, ensaios ring shear e ensaios triaxiais (CIU) e especiais Os ensaios triaxiais especiais consistiram em uma fase de cisalhamento inicial realizada sob condições drenadas até próximo do estado de tensões existente no campo, seguida de um carregamento não drenado até a ruptura. Estes ensaios demonstraram que, na fase não drenada e sob baixas tensões de confinamento, ocorre um aumento de poropressão seguido pela diminuição da mesma até valores negativos. Mostram também que, carregamentos não drenados em baixas tensões confinantes sobre este solo não induzem tendência a liquefação.

Avaliação e análise paramétrica do ensaio de compressão diametral sob cargas repetidas em misturas asfálticas

O módulo de resiliência (MR) é hoje um dos parâmetros-chave para o dimensionamento empírico-mecanístico de pavimentos flexíveis. Há, entretanto, algumas peculiaridades no ensaio de tração indireta com cargas cíclicas que ocasionam variações na sua determinação. A investigação de tais fatores é necessária para que a magnitude do seu efeito sobre o valor de MR seja quantificada. Para isto, esta pesquisa avaliou, através de uma análise paramétrica, os algoritmos apresentados pelo Protocolo P07 do LTPP, análogo ao método correntemente utilizado pelas instituições brasileiras de pesquisa em pavimentação, e pela pesquisa NCHRP 1-28/1-28A para determinação dos deslocamentos resilientes, bem como o efeito do pulso e freqüência de carregamento e níveis de tensão de tração (%RT) em duas misturas asfálticas: uma mistura com ligante asfáltico convencional e outra com ligante asfáltico modificado por adição de borracha. Foram necessárias adaptações no equipamento de compressão diametral cíclica utilizado na pesquisa, e também a montagem de um sistema de posicionamento de sensores que permitisse a gravação de deslocamentos horizontais e verticais viabilizando a determinação do coeficiente do Poisson. Realizaram-se ensaios de MR e resistência à tração (RT) às temperaturas de 10°, 25° e 35°C e, complementarmente, ensaio de fadiga (tensão controlada) a 25°C. Os resultados obtidos demonstram a alta sensibilidade do valor de MR aos algoritmos de cálculo dos deslocamentos resilientes; o algoritmo apresentado pela pesquisa 1-28/ 1-28A do NCHRP foi considerado adequado. Observou-se a dependência do MR ao pulso de carga, à freqüência de ensaio e também ao nível de tensão aplicado durante o ensaio. A magnitude desta dependência, entretanto, é função do tipo de mistura e da temperatura sob a qual o ensaio foi realizado. A determinação do coeficiente de Poisson pareceu ser bastante suscetível ao sistema de medição utilizado, tendo apresentando uma grande variabilidade. Nos ensaios de vida de fadiga sob tensão controlada pode-se evidenciar a redução dos valores de MR dentro da zona de condicionamento. Propõe-se ainda que a defasagem medida entre o pulso de carga e o pulso de deslocamento no ensaio de MR, possa ser usada como indicador do comportamento visco-elástico das misturas, uma vez que apresentou comportamento análogo ao do ângulo de fase.

Importância dos efeitos de vizinhança na resposta dinâmica de um edifício à ação do vento

A crescente valorização imobiliária das áreas urbanas, que força acréscimos na altura dos edifícios, associada ao desenvolvimento de materiais mais resistentes e técnicas construtivas modernas, que promovem uma tendência ao projeto de estruturas mais esbeltas e flexíveis, formam um cenário propício à ocorrência de problemas associados à resposta dinâmica frente à ação do vento, principalmente à parte flutuante decorrente da turbulência atmosférica.A experiência tem mostrado que o engenheiro estruturalista comum tem pouco ou nenhum conhecimento sobre os efeitos dinâmicos do vento e as conseqüências da vizinhança sobre este carregamento. Por estas razões justifica-se todo o esforço feito no sentido de se estudar, divulgar e tornar mais acessíveis os métodos disponíveis para análise da resposta estrutura à ação dinâmica do vento e os efeitos de vizinhança. Este é o objetivo central do trabalho de dissertação aqui proposto, consiste no estudo crítico, na aplicação prática e na comparação de métodos disponíveis de análise, quais sejam: a Norma Brasileira NBR – 6123, a sua análise estática e dinâmica (Capítulo 9), a Norma Canadense NBCC (1985). Como parte do trabalho foram realizadas análises estruturais detalhadas com programas de elementos finitos, bem como práticas experimentais sobre modelos rígidos no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann (TV-2) da UFRGS. Os resultados obtidos através da instrumentação dos modelos ensaiados em túnel de vento foram aplicados às prescrições das normas aqui estudadas. As respostas assim obtidas comparadas com as oriundas da aplicação das recomendações padrão destas normas foram avaliadas comparativamente. Sendo possível concluir que os resultados determinados através das prescrições da norma brasileira de vento apresentaram-se mais consistentes que os da norma canadense. Mesmo assim, alguns pontos necessitam de um estudo maior e mais aprofundado principalmente as considerações referentes à torção, que se mostraram na maioria das vezes contra a segurança, além do efeito da vizinhança que, muitas vezes, causa efeitos imprevisíveis sobre a edificação.

Desenvolvimento de ensaios de corrosão-fadiga para juntas soldadas de aço API 5L X60

Este trabalho tem por objetivo desenvolver um equipamento de ensaios para avaliar a vida de juntas soldadas, provenientes de tubulações para extração de petróleo, submetidas à corrosão-fadiga. Para atingir este objetivo foi estudado em que condições de corrosãofadiga uma tubulação esta exposta em alto mar sendo então definidos os parâmetros mais relevantes para serem reproduzidos em laboratório em corpos de prova menores. Nesta etapa foram definidos quais seriam os parâmetros de ensaio que o equipamento deveria atender. O equipamento foi construído para ensaiar uma junta soldada circunferencial por flexão a quatro pontos através de um sistema hidráulico com controle de carga com uma freqüência de 0,2 Hz e razão de carregamento, R=0,1. Para validar o equipamento foi usado um corpo de prova instrumentado com extensômetros resistivos para comparar o a carga calculada com a experimental e determinar se o nível de carregamento se mantêm constante ao longo dos ensaios. Foi levantada uma curva de fadiga com o equipamento desenvolvido e comparada com uma curva de fadiga feita ao ar do mesmo material em uma máquina servo hidráulica MTS.

Modelação e estudo paramétrico do comportamento de vigas de betão armado com Varões de GFRP

A introdução de um novo material para a execução de estruturas, implica um amplo estudo sobre o mesmo, para que seja aceite como um material de utilização, ou solução, corrente na engenharia civil. Os varões plásticos reforçados com fibra de vidro, GFRP,apresentam-se com diversas vantagens para uma solução de substituição das tradicionais armaduras de aço no betão armado. Um Estado da Arte foi apurado para determinar o ponto de situação do conhecimento e dos estudos realizados por vários autores, desde o início das pesquisas até aos mais recentes estudos disponíveis. Neste seguimento, o presente estudo incide na análise do comportamento à flexão de vigas contínuas de betão armado com varões de GFRP, submetidas a um carregamento distribuído. O trabalho realiza-se com base em 18 modelos de elementos finitos para uma análise paramétrica, sendo os parâmetros estudados, o vão, a percentagem de armadura de flexão e a esbelteza da secção. Para validação do modelo foram, modeladas 7 vigas reais ensaiadas no âmbito de trabalhos de investigação de dois autores Os resultados das modelações das análises paramétricas foram comparados com uma análise elástica e uma análise plástica, utilizando a metodologia do ACI 440.1R-06, para a carga última de dimensionamento. Outras comparações foram feitas através dos limites de deformação do EN 1992-1-1, 2004. Analisa-se a distribuição de esforços, não elásticos, devido à perda de rigidez da viga. Os modelos das vigas mais esbeltas e com menor percentagem de armadura mostraram maior concordância com a análise realizada. As deformações comparadas com o limite L/250 mostram concordância de resultados.

Estudo comparativo de pás para aerogeradores de grande porte fabricadas em materiais compósitos reforçadas com fibra de carbono ou fibra de vidro

The research and development of wind turbine blades are essential to keep pace with worldwide growth in the renewable energy sector. Although currently blades are typically produced using glass fiber reinforced composite materials, the tendency for larger size blades, particularly for offshore applications, has increased the interest on carbon fiber reinforced composites because of the potential for increased stiffness and weight reduction. In this study a model of blade designed for large generators (5 MW) was studied on a small scale. A numerical simulation was performed to determine the aerodynamic loading using a Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Two blades were then designed and manufactured using epoxy matrix composites: one reinforced with glass fibers and the other with carbon fibers. For the structural calculations, maximum stress failure criterion was adopted. The blades were manufactured by Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM), typical for this type of component. A weight comparison of the two blades was performed and the weight of the carbon fiber blade was approximately 45% of the weight of the fiberglass reinforced blade. Static bending tests were carried out on the blades for various percentages of the design load and deflections measurements were compared with the values obtained from finite element simulations. A good agreement was observed between the measured and calculated deflections. In summary, the results of this study confirm that the low density combined with high mechanical properties of carbon fibers are particularly attractive for the production of large size wind turbine blades

Mapeamento de áreas de risco à saúde pública por meio de métodos geoestatísticos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Uso de técnicas de otimização baseadas em derivadas como suporte do planejamento operacional de redes de distribuição de energia elétrica

The usual programs for load flow calculation were in general developped aiming the simulation of electric energy transmission, subtransmission and distribution systems. However, the mathematical methods and algorithms used by the formulations were based, in majority, just on the characteristics of the transmittion systems, which were the main concern focus of engineers and researchers. Though, the physical characteristics of these systems are quite different from the distribution ones. In the transmission systems, the voltage levels are high and the lines are generally very long. These aspects contribute the capacitive and inductive effects that appear in the system to have a considerable influence in the values of the interest quantities, reason why they should be taken into consideration. Still in the transmission systems, the loads have a macro nature, as for example, cities, neiborhoods, or big industries. These loads are, generally, practically balanced, what reduces the necessity of utilization of three-phase methodology for the load flow calculation. Distribution systems, on the other hand, present different characteristics: the voltage levels are small in comparison to the transmission ones. This almost annul the capacitive effects of the lines. The loads are, in this case, transformers, in whose secondaries are connected small consumers, in a sort of times, mono-phase ones, so that the probability of finding an unbalanced circuit is high. This way, the utilization of three-phase methodologies assumes an important dimension. Besides, equipments like voltage regulators, that use simultaneously the concepts of phase and line voltage in their functioning, need a three-phase methodology, in order to allow the simulation of their real behavior. For the exposed reasons, initially was developped, in the scope of this work, a method for three-phase load flow calculation in order to simulate the steady-state behaviour of distribution systems. Aiming to achieve this goal, the Power Summation Algorithm was used, as a base for developping the three phase method. This algorithm was already widely tested and approved by researchers and engineers in the simulation of radial electric energy distribution systems, mainly for single-phase representation. By our formulation, lines are modeled in three-phase circuits, considering the magnetic coupling between the phases; but the earth effect is considered through the Carson reduction. Its important to point out that, in spite of the loads being normally connected to the transformers secondaries, was considered the hypothesis of existence of star or delta loads connected to the primary circuit. To perform the simulation of voltage regulators, a new model was utilized, allowing the simulation of various types of configurations, according to their real functioning. Finally, was considered the possibility of representation of switches with current measuring in various points of the feeder. The loads are adjusted during the iteractive process, in order to match the current in each switch, converging to the measured value specified by the input data. In a second stage of the work, sensibility parameters were derived taking as base the described load flow, with the objective of suporting further optimization processes. This parameters are found by calculating of the partial derivatives of a variable in respect to another, in general, voltages, losses and reactive powers. After describing the calculation of the sensibility parameters, the Gradient Method was presented, using these parameters to optimize an objective function, that will be defined for each type of study. The first one refers to the reduction of technical losses in a medium voltage feeder, through the installation of capacitor banks; the second one refers to the problem of correction of voltage profile, through the instalation of capacitor banks or voltage regulators. In case of the losses reduction will be considered, as objective function, the sum of the losses in all the parts of the system. To the correction of the voltage profile, the objective function will be the sum of the square voltage deviations in each node, in respect to the rated voltage. In the end of the work, results of application of the described methods in some feeders are presented, aiming to give insight about their performance and acuity

CAD e engenharia reversa como ferramentas de auxílio na fabricação de cartuchos para próteses ortopédicas

The manufacturing of above and below-knee prosthesis starts by taking surfac measurements of the patient s residual limb. This demands the making of a cartridg with appropriate fitting and customized to the profile of each patient. The traditiona process in public hospitals in Brazil begins with the completion of a record file (according to law nº388, of July 28, 1999 by the ministry of the health) for obtaining o the prosthesis, where it is identified the amputation level, equipment type, fitting type material, measures etc. Nowadays, that work is covered by the Brazilian Nationa Health Service (SUS) and is accomplished in a manual way being used commo measuring tapes characterizing a quite rudimentary, handmade work and without an accuracy.In this dissertation it is presented the development of a computer integrate tool that it include CAD theory, for visualization of both above and below-knee prosthesis in 3D (i.e. OrtoCAD), as well as, the design and the construction a low cos electro-mechanic 3D scanner (EMS). This apparatus is capable to automatically obtain geometric information of the stump or of the healthy leg while ensuring smalle uncertainty degree for all measurements. The methodology is based on reverse engineering concepts so that the EMS output is fed into the above mentioned academi CAD software in charge of the 3D computer graphics reconstruction of the residualimb s negative plaster cast or even the healthy leg s mirror image. The obtained results demonstrate that the proposed model is valid, because it allows the structura analysis to be performed based on the requested loads, boundary conditions, material chosen and wall thickness. Furthermore it allows the manufacturing of a prosthesis cartridge meeting high accuracy engineering patterns with consequent improvement in the quality of the overall production process

Capacidade de absorção de energia de tubos de compósitos submetidos à compressão

Structures capable of absorbing large amounts of energy are of great interest, particularly for the automotive and aviation industries, to reduce tbe impact on passengers in the case of a collision. The energy absorption properties of composite materials structures can be tailored, thus making these structures an appealing option a substitute of more traditional structures in applications where energy absorption is crucial. ln this research, the influence of some parameters, which affect the energy absorption capacity of composite material tubes, was investigated. The tubes were fabricated by hand lay-up, using orthophthalic polyester resin and a plain weave E-glass fabric Test specimens were prepared and tested under compression load. The ínfluence of the following parameters on the specific energy absorption capacity of the tubes was studied: fiber configuration (0/90º or ± 45°), tube cross-section (circular or square), and processing conditions (with or without vacuum). The results indicated that circular cross-section tubes with fibers oriented at 0/90º presented the highest level of specific energy absorbed. Further, specimens from tubes fabricated under vacuum displayed higher energy absorption capacity, when compared with specimens from tubes fabricated without vacuum. Thus, it can be concluded that the fabrication process with vacuum produce composite structures with better energy absorption capacity

Mecanismos de desgaste, história térmica e ciclo de vida de componentes de um motor de combustão interna de aeromodelo

We developed an assay methodology that considered the temperature variation and the scanning electron microscopy as a method to quantify and characterize respectively the consumption evolution in three 46 LA machines, with internal combustion and two-stroke engines, 7.64 cm3 cylinder capacity, 23.0 millimeters diameter and 18.4 millimeters course, RPM service from 2.000 to 16.000 rpm, 1.2 HP power, and 272 grams weight. The investigated engines components were: (1) head of the engine (Al-Si alloy), (2) piston (Al-Si alloy) and (3) piston pin (AISI 52100 steel). The assays were carried out on a desktop; engines 1 and 2 were assayed with no load, whereas in two assays of engine 3 we added a fan with wind speed that varied from 8.10 m/s to 11.92 m/s, in order to identify and compare the engine dynamic behavior as related to the engines assayed with no load. The temperatures of the engine s surface and surroundings were measured by two type K thermopairs connected to the assay device and registered in a microcomputer with data recording and parameters control and monitoring software, throughout the assays. The consumed surface of the components was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and microanalysis-EDS. The study was complemented with shape deformation and mass measurement assays. The temperature variation was associated with the oxides morphology and the consumption mechanisms were discussed based on the relation between the thermal mechanical effects and the responses of the materials characterization

Fresamento com ar quente: uma proposta para minimizar a formação de trincas térmicas em ferramentas de metal duro

This work presents the results, analyses and conclusions about a study carried out with objective of minimizing the thermal cracks formation on cemented carbide inserts during face milling. The main focus of investigation was based on the observation that milling process is an interrupted machining process, which imposes cyclic thermal loads to the cutting tool, causing frequent stresses changes in its superficial and sub-superficial layers. These characteristics cause the formation of perpendicular cracks from cutting edge which aid the cutting tool wear, reducing its life. Several works on this subject emphasizing the thermal cyclic behavior imposed by the milling process as the main responsible for thermal cracks formation have been published. In these cases, the phenomenon appears as a consequence of the difference in temperature experienced by the cutting tool with each rotation of the cutter, usually defined as the difference between the temperatures in the cutting tool wedge at the end of the cutting and idle periods (T factor). Thus, a technique to minimize this cyclic behavior with objective of transforming the milling in an almost-continuous process in terms of temperature was proposed. In this case, a hot air stream was applied into the idle period, during the machining process. This procedure aimed to minimize the T factor. This technique was applied using three values of temperature from the hot air stream (100, 350 e 580 oC) with no cutting fluid (dry condition) and with cutting fluid mist (wet condition) using the hot air stream at 580oC. Besides, trials at room temperature were carried out. Afterwards the inserts were analyzed using a scanning electron microscope, where the quantity of thermal cracks generated in each condition, the wear and others damages was analyzed. In a general way, it was found that the heating of the idle period was positive for reducing the number of thermal cracks during face milling with cemented carbide inserts. Further, the cutting fluid mist application was effective in reducing the wear of the cutting tools.

Otimização topológica de estruturas termoelásticas tridimensionais

This work presents an optimization technique based on structural topology optimization methods, TOM, designed to solve problems of thermoelasticity 3D. The presented approach is based on the adjoint method of sensitivity analysis unified design and is intended to loosely coupled thermomechanical problems. The technique makes use of analytical expressions of sensitivities, enabling a reduction in the computational cost through the use of a coupled field adjoint equation, defined in terms the of temperature and displacement fields. The TOM used is based on the material aproach. Thus, to make the domain is composed of a continuous distribution of material, enabling the use of classical models in nonlinear programming optimization problem, the microstructure is considered as a porous medium and its constitutive equation is a function only of the homogenized relative density of the material. In this approach, the actual properties of materials with intermediate densities are penalized based on an artificial microstructure model based on the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalty). To circumvent problems chessboard and reduce dependence on layout in relation to the final optimal initial mesh, caused by problems of numerical instability, restrictions on components of the gradient of relative densities were applied. The optimization problem is solved by applying the augmented Lagrangian method, the solution being obtained by applying the finite element method of Galerkin, the process of approximation using the finite element Tetra4. This element has the ability to interpolate both the relative density and the displacement components and temperature. As for the definition of the problem, the heat load is assumed in steady state, i.e., the effects of conduction and convection of heat does not vary with time. The mechanical load is assumed static and distributed

Simulação do caminhamento da água da chuva e herbicidas em palhadas utilizadas em sistemas de plantio direto

Um experimento foi conduzido no NuPAM/FCA/UNESP, Botucatu-SP, objetivando avaliar a dinâmica de retenção de água e o caminhamento de um traçante (simulando um herbicida) em diferentes coberturas mortas. Os tratamentos foram constituídos pelo monitoramento do traçante FD&C-1 pulverizado sobre coberturas mortas de cevada, trigo, aveia-preta colhida, aveia-preta rolada, azevém, milheto e capim-braquiária, nas quantidades de 3.000, 6.000 e 9.000 kg ha-1, antes e após simulação de chuvas. As repetições constituíram-se de oito conjuntos de PVC + funil + béquer com palha, onde, através da chuva lixiviada pelas palhadas e do peso dos suportes de PVC, foram estimadas a retenção e transposição da água, assim como quantificado o traçante extraído, através de procedimentos espectrofotométricos. Os diferentes tipos de resíduos culturais mostraram-se similares quanto à retenção da água da chuva, ocorrendo uniformização entre os primeiros 7,5 e 15 mm de precipitação. A formação de pontos secos associados a canais preferenciais de escorrimento induziu menor capacidade de embebição e retenção da água das chuvas pelas palhadas. As máximas capacidades médias de retenção da chuva pelas coberturas foram de 1,22, 1,99 e 2,59 mm para 3.000, 6.000 e 9.000 kg de matéria seca ha-1, respectivamente. As precipitações iniciais entre 10 e 20 mm foram fundamentais para o molhamento uniforme das palhadas e carregamento do traçante até o solo, independentemente do tipo e da quantidade de palha. Esse comportamento indica ser viável a utilização de programas similares de controle de plantas daninhas para diferentes tipos e quantidades de palha em sistemas de plantio direto.

Avaliação do comportamento em fadiga de juntas estruturais de ligas de Al2024T3 coladas com adesivo epóxi

Ligas de alumínio são extensamente usadas em partes aeronáuticas devido às boas propriedades mecânicas e baixa densidade. Estas partes devem ser unidas para formar conjuntos maiores. Uma junta estrutural é definida como um segmento de estrutura que provê um meio de transferir carga de um elemento estrutural para outro. A maioria das juntas aeronáuticas é mecanicamente fixada com múltiplos prendedores (parafusos ou rebites). Estas juntas apresentam uma alta concentração de tensões ao redor do prendedor, porque a transferência de carga entre elementos da junta acontece em uma fração da área disponível. Por outro lado, as cargas aplicadas em juntas adesivas são distribuídas sobre toda a área colada e reduz os pontos de concentração de tensão. Juntas são a fonte mais comum de falhas estruturais em aeronaves e quase todos os reparos envolvem juntas. Portanto, é importante entender todos os aspectos de projeto e análise de juntas. O objetivo deste trabalho é comparar estaticamente juntas estruturais de ligas de Al2024-T3 em três condições: juntas mecanicamente rebitadas, juntas coladas e uma configuração híbrida rebitada e colada. Foi usada a norma NASM 1312-4 para confecção dos corpos-de-prova. Além disso, foram conduzidos testes de fadiga, sob amplitude de carregamento constante e razão de tensão igual a 0,1 para avaliar a eficiência dos elementos estruturais durante sua vida em serviço. Os resultados mostraram que a configuração híbrida apresenta maior resistência estática e uma vida em fadiga superior à configuração colada.