Aplicação de retroanálise em obras subterrâneas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Geotecnia

Avaliação da capacidade resistente última de estacas em compressão usando análises em tensão/deformação

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Ramo de Estruturas e Geotecnia

Comportamento e modelação da ligação GFRP/betão em elementos de betão armado expostos a ambientes agressivos

Dissertação para a obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil, na Especialidade de Estruturas pela Universidade Nova de Lisboa

Caracterização de calda reforçada com fibras unidireccionais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil Estruturas

Impulsos de terras sobre estruturas de suporte: aplicação de modelos dos estados críticos

Os modelos de comportamento de solos que aplicam a teoria da mecânica dos solos dos estados críticos são uma importante base para a compreensão do comportamento dos solos e uma ferramenta que permite, de uma forma simples, ter em conta aspetos do comportamento que os mo-delos muito básicos não permitem. Neste trabalho compara-se, com recurso aos programas de cálculo geotécnico PLAXIS e CRISP, a utilização de dois modelos - um elástico-perfeitamente plástico (modelo Mohr-Coulomb) e outro baseado nos estados críticos (modelo Cam-Clay Modificado) - na determina-ção das pressões e dos impulsos de terras sobre estruturas de suporte rígidas. Comparam-se também os resultados numéricos com os obtidos com métodos analíticos. Exceto para casos mais complexos (utilizando simultaneamente solo sobreconsolidado e pa-ramento rugoso), os impulsos ativos e passivos obtidos com o modelo Cam-Clay Modificado são se-melhantes aos obtidos com o modelo Mohr-Coulomb e com os métodos analíticos, concluindo-se que o modelo avançado modela satisfatoriamente a rotura do solo. Este modelo apresenta inclusive aspetos interessantes, como o desenvolvimento, em alguns casos em que se utiliza solo sobreconsolidado, de uma resistência de pico, que se evidencia no aparecimento de um impulso de pico. No entanto, na utilização do modelo deve ter-se em atenção alguns aspetos, nomeadamente a forma como se obtém o seu parâmetro de resistência,

Assessment of the properties to characterize the interface between clay brick substrate and strengthening mortar

The behaviour of masonry elements under in-plane and out-of-plane loads can be improved through the application of strengthening systems based on reinforcing overlays. After strengthening, the transition region between the original substrate and the strengthening layer is especially stressed, and premature failure of the strengthened masonry is reached if insufficient interfacial capacity is assured. Therefore, the assessment of the mechanical behaviour of the interface is critical to the development of the masonry strengthening system based on the application of strengthening overlays. In this research a method for the characterization of the interface behaviour between two different materials, a polypropylene fibre reinforced mortar (PFRM) and a ceramic brick used for masonry construction is presented. Direct shear tests were carried out in couplet specimens. Due to the orthotropic nature of the bricks surface, the shear load was applied along three different directions in order to perform an overall estimation of the interface behaviour. The peak and residual shear stresses, as well as the failure modes, were obtained at different levels of the normal stress. Based on these experimental results constitutive laws were assessed for the simulation of the interface mechanical behaviour based on the Mohr and Mohr-Coulomb failure criteria.

Modeling, Estimation, and Control of Robot-Soil Interactions

This thesis presents the development of hardware, theory, and experimental methods to enable a robotic manipulator arm to interact with soils and estimate soil properties from interaction forces. Unlike the majority of robotic systems interacting with soil, our objective is parameter estimation, not excavation. To this end, we design our manipulator with a flat plate for easy modeling of interactions. By using a flat plate, we take advantage of the wealth of research on the similar problem of earth pressure on retaining walls. There are a number of existing earth pressure models. These models typically provide estimates of force which are in uncertain relation to the true force. A recent technique, known as numerical limit analysis, provides upper and lower bounds on the true force. Predictions from the numerical limit analysis technique are shown to be in good agreement with other accepted models. Experimental methods for plate insertion, soil-tool interface friction estimation, and control of applied forces on the soil are presented. In addition, a novel graphical technique for inverting the soil models is developed, which is an improvement over standard nonlinear optimization. This graphical technique utilizes the uncertainties associated with each set of force measurements to obtain all possible parameters which could have produced the measured forces. The system is tested on three cohesionless soils, two in a loose state and one in a loose and dense state. The results are compared with friction angles obtained from direct shear tests. The results highlight a number of key points. Common assumptions are made in soil modeling. Most notably, the Mohr-Coulomb failure law and perfectly plastic behavior. In the direct shear tests, a marked dependence of friction angle on the normal stress at low stresses is found. This has ramifications for any study of friction done at low stresses. In addition, gradual failures are often observed for vertical tools and tools inclined away from the direction of motion. After accounting for the change in friction angle at low stresses, the results show good agreement with the direct shear values.

Análise numérica de uma escavação de grande porte em Porto Alegre/RS: caso de obra

Neste trabalho, apresenta-se um estudo numérico, através do Método dos Elementos Finitos, do efeito de instalação de uma parede diafragma com tirantes, seguida de uma grande escavação em solo residual de Granito Independência. As simulações numéricas são comparadas a deslocamentos medidos em uma obra localizada no Bairro Moinhos de Vento, na cidade de Porto Alegre, Rio Grande do Sul - Brasil. Para realizar esta análise utilizou-se o programa computacional Plaxis. Este programa se destina especificamente a análises da deformabilidade e estabilidade de projetos de engenharia geotécnica, cuja simulação requer o uso de métodos numéricos que consideram linearidade e não-linearidade constitutiva, bem como dependência do tempo. Foi utilizado nas simulações o Modelo Elástico-Perfeitamente Plástico com Superfície de Ruptura de Mohr- Coulomb. Os parâmetros do solo foram determinados a partir de ensaios de SPT e CPT, e balizados através de dados obtidos na literatura. Os resultados das análises numéricas são comparados com os resultados medidos in situ, durante a execução da escavação. Foram feitas duas análises distintas, uma chamada Classe A, onde os parâmetros estimados através dos ensaios SPT e CPT foram adotados como padrão e utilizados na simulação da obra Na segunda análise, denominada análise Classe C, correspondente a uma avaliação dos valores de ângulo de atrito (φ), coesão (c) e Módulo de Elasticidade (E), procurando-se avaliar a sensibilidade das previsões. Os resultados da análise numérica Classe A apresentam uma boa aproximação dos resultados medidos em 3 dos 5 perfis analisados, sendo que as simulações reproduziram de forma qualitativa a tendência das curvas experimentais. Parâmetros de resistência e deformabilidade têm um grande influência no comportamento do modelo numérico. A variação de parâmetros de projeto, como a força de ancoragem nos tirantes e a rigidez da parede diafragma também foram testadas. Os resultados demonstram que a influência destes parâmetros é significativa na medida dos deslocamentos.

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.

Aplicação de retroanálise na escavação de um túnel na Ilha da Madeira

Pretende-se determinar os parâmetros geomecânicos de um maciço atravessado por um túnel construído na ilha da Madeira, através de retroanálise. Para tal, recorre-se a um modelo numérico tridimensional para simular o avanço da escavação e a dados obtidos a partir da instrumentação da obra, nomeadamente, através da medição de convergências e deslocamentos superficiais. A análise numérica é aplicada a um problema de identificação de parâmetros geomecânicos, em três secções localizadas muito próximas do emboquilhamento do Faial, do túnel do Faial/Cortado. Este problema rege-se por um comportamento elástico perfeitamente plástico e um critério de rotura de Mohr-Coulomb. Para a resolução do problema recorreu-se à utilização do software de diferenças finitas, FLAC3D, tendo-se usufruído da sua base de programação para modelar o processo complexo de escavação e suporte do túnel. A modelação tridimensional no FLAC3D é conseguida através da sua linguagem de programação interna, FISH, criando funções capazes de simular o processo da escavação parcial, instalação dos elementos de suporte, e monitorizar e extrair as variáveis pretendidas. Numa primeira fase realizou-se uma análise paramétrica relativamente ao comportamento do maciço fazendo variar alguns parâmetros geomecânicos deste. Numa segunda fase do estudo, procedeu-se à otimização de um conjunto de parâmetros elásticos e resistentes, intrínsecos ao material envolvente do túnel, através de retroanálise. A otimização dos parâmetros foi realizada por meio da utilização de expressões de cálculo de medida de dispersão estatística entre os dados obtidos a partir da instrumentação em obra e os resultados correspondentes obtidos a partir da análise numérica. Os valores obtidos para os diferentes parâmetros do maciço rochoso foram comparados com os respetivos valores recolhidos na bibliografia para maciços da ilha da Madeira, bem como com os valores previstos pela caracterização geomecânica efetuada durante a fase de construção do túnel objeto de estudo.

Modelagem numérica de estruturas de contenção atirantadas em areia

A numerical study on the behavior of tied-back retaining walls in sand, using the finite element method (FEM) is presented. The analyses were performed using the software Plaxis 2D, and were focused on the development of horizontal displacements, horizontal stresses, shear forces and bending moments in the structure during the construction process. Emphasis was placed on the evaluation of wall embedment, tie-back horizontal spacing, wall thickness, and free anchor length on wall behavior. A representative soil profile of a specific region at the City of Natal, Brazil, was used in the numerical analyses. New facilities built on this region often include retaining structures of the same type studied herein. Soil behavior was modeled using the Mohr-Coulomb constitutive model, whereas the structural elements were modeled using the linear elastic model. Shear strength parameters of the soil layers were obtained from direct shear test results conducted with samples collected at the studied site. Deformation parameters were obtained from empirical correlations from SPT test results carried out on the studied site. The results of the numerical analyses revealed that the effect of wall embedment on the investigated parameters is virtually negligible. Conversely, the tie-back horizontal spacing plays an important role on the investigated parameters. The results also demonstrated that the wall thickness significantly affects the wall horizontal displacements, and the shear forces and bending moments within the retaining structure. However, wall thickness was not found to influence horizontal stresses in the structure

Procedimento numérico para análise de vigas de alvenaria estrutural submetidas à flexão simples

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Aderência aço-concreto: análise numérica dos ensaios pull-out e APULOT

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise do comportamento experimental e numérico de prismas de alvenaria estrutural submetidos a ações verticais utilizando elementos finitos volumétricos

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Studio parametrico del comportamento di opere di sostegno flessibili mediante modellazione numerica

Oggetto di questa tesi è lo studio parametrico del comportamento di paratie mediante modellazione numerica agli elementi finiti. Si è anche analizzato l’aspetto normativo relativo ad esse ed in particolare si è applicato il D.M. 2008 ad una paratia sottolineando le innovazioni nella progettazione geotecnica. Le paratie sono opere di sostegno flessibili interagenti con i fronti di scavo e costituite da una porzione fuori terra, soggetta a condizioni di spinta attiva, e una porzione interrata che contrappone la resistenza passiva del terreno. Le opere di sostegno flessibile si dividono in due categorie: diaframmi e palancole che differiscono molto fra loro sia per il materiale con cui sono realizzate, sia per la tecnica di messa in opera, sia per la geometria, ma hanno in comune il meccanismo di funzionamento. Sono stati illustrati i metodi di calcolo per lo studio delle paratie: metodi dell’equilibrio limite a rottura, metodi a molle e metodi agli elementi finiti. I metodi agli elementi finiti negli ultimi anni hanno avuto maggior successo grazie alla possibilità di definire il modello costitutivo sforzi-deformazioni, le condizioni al contorno e le condizioni iniziali. Esistono numerosi programmi di calcolo che si basano sul metodo agli elementi finiti, tra i quali è da annoverare il programma Plaxis che viene molto usato grazie alla presenza di vari modelli costitutivi in grado di simulare il comportamento del terreno. Tra i legami costitutivi presenti nel programma Plaxis, sono stati presi in esame il modello Mohr-Coulomb, l’Hardening model e il Soft Soil Creep model e sono poi stati applicati per eseguire uno studio parametrico del comportamento delle paratie. Si è voluto comprendere la sensibilità dei modelli al variare dei parametri inseriti nel programma. In particolare si è posta attenzione alla modellazione dei terreni in base ai diversi modelli costitutivi studiando il loro effetto sui risultati ottenuti. Si è inoltre eseguito un confronto tra il programma Plaxis e il programma Paratie. Quest’ultimo è un programma di calcolo che prevede la modellazione del terreno con molle elasto-plastiche incrudenti. Il lavoro di tesi viene illustrato in questo volume come segue: nel capitolo 1 si analizzano le principali caratteristiche e tipologie di paratie mettendo in evidenza la complessità dell’analisi di queste opere e i principali metodi di calcolo usati nella progettazione, nel capitolo 2 si è illustrato lo studio delle paratie secondo le prescrizioni del D.M. 2008. Per comprendere l’argomento è stato necessario illustrare i principi base di questo decreto e le caratteristiche generali del capitolo 6 dedicato alla progettazione geotecnica. Le paratie sono poi state studiate in condizioni sismiche secondo quanto previsto dal D.M. 2008 partendo dall’analisi degli aspetti innovativi nella progettazione sismica per poi illustrare i metodi pseudo-statici utilizzati nello studio delle paratie soggette ad azione sismica. Nel capitolo 3 si sono presi in esame i due programmi di calcolo maggiormente utilizzati per la modellazione delle paratie: Paratie e Plaxis. Dopo aver illustrato i due programmi per comprenderne le potenzialità, i limiti e le differenze, si sono analizzati i principali modelli costituitivi implementati nel programma Plaxis, infine si sono mostrati alcuni studi di modellazione presenti in letteratura. Si è posta molta attenzione ai modelli costitutivi, in particolare a quelli di Mohr-Coulomb, Hardening Soil model e Soft Soil Creep model capaci di rappresentare il comportamento dei diversi tipi di terreno. Nel capitolo 4, con il programma Plaxis si è eseguita un’analisi parametrica di due modelli di paratie al fine di comprendere come i parametri del terreno, della paratia e dei modelli costitutivi condizionino i risultati. Anche in questo caso si è posta molta attenzione alla modellazione del terreno, aspetto che in questa tesi ha assunto notevole importanza. Dato che nella progettazione delle paratie è spesso utilizzato il programma Paratie (Ceas) si è provveduto ad eseguire un confronto tra i risultati ottenuti con questo programma con quelli ricavati con il programma Plaxis. E’ stata inoltra eseguita la verifica della paratia secondo le prescrizioni del D.M. 2008 dal momento che tale decreto è cogente.