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 de solos reforçados com fibras submetidos a grandes deformações

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de solos reforçados com fibras de polipropileno, submetidos a grandes deformações, que possuam características adequadas para o emprego em liners de cobertura de aterros sanitários e aterros sobre solos moles. O programa experimental consistiu na realização de ensaios triaxiais consolidados drenados com distintas trajetórias de tensões (compressão axial, descarregamento lateral e p’ constante) e isotrópicos com aplicação de altas tensões, em amostras de areia e areia-fibra, como também em ensaios de cisalhamento do tipo ring shear (executados nas matrizes de areia e bentonita, com e sem reforço fibroso) e provas de carga em placa de 0,30 m de diâmetro sobre espessas camadas de areia compactada, reforçada e não reforçada com fibras. Nesta pesquisa busca-se investigar o comportamento tensão-deformação de misturas reforçadas, os efeitos do comprimento, porcentagem, diâmetro e alongamento/ruptura das fibras, tensão de confinamento, granulometria do solo e densidade das misturas, nas propriedades mecânicas do material reforçado, bem como a influência da adição de fibras no comportamento carga-recalque e nos mecanismos de ruptura de uma areia reforçada. A análise global dos resultados permite identificar as alterações provocadas pela inclusão aleatória de fibras de polipropileno às matrizes estudadas. A adição de fibras influencia o comportamento compressivo da areia, aumenta os parâmetros de resistência ao cisalhamento de pico e pós-pico das matrizes estudadas após grandes deslocamentos horizontais, sem quedas significativas de resistência pós-pico no caso da matriz arenosa O desempenho das fibras no interior da massa de solo indica que estas sofrem deformações plásticas de tração, alongando-se em primeira instância, até atingirem a ruptura. O efeito da inclusão de fibras é mais evidente para baixas tensões efetivas médias iniciais, menores diâmetros, maiores comprimentos e maiores teores de fibras, sendo seu efeito mais pronunciado para misturas mais densas. O comportamento carga-recalque do solo arenoso é significativamente influenciado pela adição de fibras, aumentando a capacidade de suporte deste e alterando mecanismos de ruptura.

Estudo da instabilidade de um talude rodoviário em São Jerônimo/RS

Esta dissertação de mestrado apresenta um a investigação das causas que levara mum talude rodoviário à ruptura. Esse talude localiza-se no município de São Jerônimo, no Km 7+500 da rodovia RS/470. A ruptura foi progressiva, tendo início logo após a abertura do corte para a execução da rodovia e envolveu um a extensão demais de 100 metros. Foram levantados aspectos geológicos e geomorfológicos da região, indicando tratar-se de uma área localizada na Depressão Periférica, com relevo suave ondulado. Os dois solos que compõe o talude foram descritos e amostrados. Foram realizados ensaios de caracterização e ensaios de cisalhamento para as diversas condições de deformação dos materiais. Foram feitos diversos ensaios de cisalhamento direto: a) com amostras indeformadas, buscando-se determinar parâmetros de resistência para a condição de pico e, b ) ensaios especiais, utilizando a técnica de reversões múltiplas para determinar parâmetros de resistência na condição de grandes deformações. Foram feitos também ensaios de cisalhamento por torção (ring shear), buscando-se parâmetros de resistência para a condição residual. A estabilidade do talude foi verificada para duas geometrias, a inicial e a pós-ruptura, utilizando-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento obtidos nos ensaios realizados. A retro-análise da situação inicial indicou que as rupturas iniciais mobilizaram um valor de resistência ao cisalhamento correspondente a um a condição de deformação intermediária entre a condição de pico e a de grandes deformações. A retro-análise da condição atua lindicou que os solos ainda não atingiram a condição residual, sendo que a resistência mobilizada é melhor representada pelos parâmetros na condição de grandes deformações.

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.

Plastificação de um solo cimentado curado sob tensão

A fim de avaliar a contribuição das ligações cimentantes no comportamento tensão-deformação dos solos cimentados, bem como quantificar a variação das tensões de início de plastificação e incremento de tensão de plastificação em função do índice de vazios de cura, foram realizados dezoito ensaios de compressão isotrópica em amostras artificialmente cimentadas curadas com diferentes tensões confinantes, índices de vazios e teores de cimento. As amostras foram inicialmente adensadas a várias tensões confinantes ao longo da linha de compressão normal do solo sem cimentação, simulando a formação de elementos de solos em diferentes profundidades de um depósito sedimentar cimentado. Após o adensamento, as amostras eram curadas para posterior aplicação de incrementos de tensão isotrópica. Complementarmente, dezenove ensaios triaxiais drenados foram realizados em amostras artificialmente cimentadas curadas sob diferentes tensões confinantes e índices de vazios de forma a analisar as modificações dos parâmetros de resistência, deformabilidade e plastificação em função do índice de vazios e tensão de cura. Por final, um novo modelo matemático foi proposto para simular os ensaios isotrópicos das amostras curadas com diferentes índices de vazios e teores de cura, descrevendo o comportamento teórico dos elementos de solo situados nas diferentes profundidades do depósito fictício de solo cimentado. A capacidade do modelo de simular os resultados dos ensaios isotrópicos para uma gama ampla de índice de vazios de cura e teores de cimento também foi apresentada. Comentários acerca das respostas obtidas com simulações de amostras curadas a altos e baixos índices de vazios, e solicitadas a elevadas tensões isotrópicas, também são apresentadas juntamente com uma análise dos três parâmetros adicionais requeridos pelo modelo em relação ao modelo Cam Clay: um parâmetro de medida de nível de cimentação, um parâmetro definidor do tipo de comportamento da estrutura cimentante (rígido, rígido-plástico, linear, etc.), e um parâmetro que relaciona a magnitude das tensões da estrutura cimentante com o nível de cimentação da amostra.

Túneis rodoviários antigos da Madeira

Este trabalho pretende contribuir para um melhor conhecimento sobre os túneis rodoviários antigos existentes na ilha da Madeira. Para tal foi efetuado um levantamento dos túneis construídos entre as décadas de 40 e 80, num total de 28 túneis. Os primeiros túneis rodoviários construídos na década de 40 caracterizam-se por uma geometria retangular ou quadrada. Com passar das décadas e com a evolução ao nível das tecnologias utilizadas, os túneis evoluíram para secções em arco de maior dimensão. Constata-se que estes foram escavados em maciços rochosos com boas características geotécnicas, pelo que eram construídos sem qualquer revestimento, recorrendo-se à execução de revestimentos apenas em zonas pontuais. Para efetuar uma análise paramétrica bidimensional foi utilizado o método dos elementos finitos, onde foram adotadas secções de escavação e materiais com parâmetros de resistência considerados representativos dos túneis em estudo. Este software permitiu analisar o comportamento do maciço com o faseamento construtivo utilizado na escavação destes túneis. Através da caracterização realizada verifica-se que os túneis antigos apresentam-se, em geral, em bom estado de conservação, pelo que a grande maioria deles encontram-se em funcionamento e atualmente inseridos em vias alternativas utilizadas essencialmente por turistas.

Estudo geomecânico do Túnel do Cortado na Ilha da Madeira

O presente trabalho pretende contribuir para o aprofundamento do conhecimento geológico e geotécnico das formações vulcânicas da Ilha da Madeira, com especial destaque para os parâmetros geomecânicos obtidos através de retroanálise, tendo por base as leituras em obra do Túnel do Cortado (Faial, Santana; Madeira). Assim, o trabalho incide inicialmente sobre os túneis rodoviários na Ilha, com principal atenção nas características das suas secções transversais e emboquilhamentos. Segue-se um levantamento de todos os túneis construídos entre os anos de 1990 e 2013. Uma vez terminada esta apresentação, é feita uma caracterização geológica-geotécnica dos maciços da região, com especial atenção para as zonas geotécnicas afetas ao túnel em questão. São ainda abordadas metodologias de classificações geomecânicas, de retroanálise e modelação computacional. Segue-se um processo de retroanálise através do qual foram gerados vários modelos por forma a efetuar uma análise bidimensional das secções do túnel, onde se procurou estabelecer uma relação entre as leituras de obra e os parâmetros de resistência e deformabilidade do maciço em questão. Por fim, os resultados referentes aos parâmetros de resistência obtidos através dos modelos são analisados, procedendo-se à sua comparação com outros estudos existentes para a Ilha.

Caracterização físico-mecânica dos solos da bacia hidrográfica de Santa Luzia no âmbito do projeto "MonitorizaRibeiras" do LREC

O conteúdo da presente dissertação aborda a importância da caracterização dos solos, na medida em que estabilidade dos taludes é um fator que depende fortemente da constituição e do tipo de solo presente nos maciços. A realização deste estudo incide sobre os solos da bacia hidrográfica da ribeira de Santa Luzia. O motivo da escolha da bacia em causa prende-se com o facto de a mesma ser uma das ribeiras que, atualmente se encontra sob observação através do projeto “MonitorizaRibeiras” do LREC. Os ensaios laboratoriais de caracterização físico-mecânica dos solos constituem uma das componentes de maior relevância na engenharia geotécnica. Neste trabalho a caracterização mecânica é feita através de ensaios de corte direto (em caixa de corte), que permitem obter os parâmetros de resistência do solo (ângulo de atrito e coesão). A caraterização física foi efetuada recorrendo a ensaios simples que permitem determinar os índices físicos do solo, mais particularmente: determinação da baridade seca in situ, análises granulométricas, determinação de limites de consistência de Atterberg e do teor em água natural, densidade de partículas sólidas e determinação da quantidade de matéria orgânica. Os parâmetros obtidos permitem depois a realização de uma análise a vários taludes com diferentes inclinações, de modo a verificar que influências tais parâmetros geram na obtenção do Fator de Segurança. Verifica-se que à medida que o teor em água aumenta, essa influência traduz-se na perda de resistência de um solo. Tal análise permitiu determinar quais as zonas da bacia de Santa Luzia que com as características obtidas e nas condições estudadas se encontram em maior perigo de escorregamento. Os sensores de saturação do solo, sendo uma útil ferramenta de monitorização remota foram alvo de pesquisa nesta dissertação. Esta pesquisa foi realizada com propósito de contribuir com informação, que posteriormente auxilie, na implementação destes equipamentos no sistema do projeto “MonitorizaRibeiras”.

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

Estudo dos mecanismos de instabilidade em solos residuais de biotita-gnaisse da bacia do ribeirão Guaratinguetá

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Uma abordagem baseada em redes neurais artificiais para a estimação de densidade de solo

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Avaliação do uso de lodos de estação de tratamento de água como matéria-prima na confecção de tijolos cerâmicos: estudo de caso - ETA Bolonha

O presente trabalho objetivou avaliar a possibilidade de incorporar o lodo da Estação de Tratamento de Água do Bolonha (RMB), na fabricação de tijolos cerâmicos para uso na construção civil. Duas unidades de desaguamento de lodo (UDL) foram implantadas e operacionalizadas na ETA Bolonha. Antes da confecção dos tijolos cerâmicos, o lodo da ETA Bolonha foi desaguado nas UDL’s que eram dotadas de manta permeável, e em seguida foram caracterizadas fisicamente e mineralogicamente. O lodo foi adicionado à massa cerâmica de uma indústria local para a produção de tijolos. Diversas proporções da mistura lodo e argila foram testadas com intuito de encontrar a proporção adequada para a produção de tijolos cerâmicos (10%, 12% e 20% de lodo de ETA à massa cerâmica). Ensaios de laboratório foram realizados para avaliar sua resistência, absorção de água, dimensões adequadas e aspecto visual. Não foi possível a incorporação de 20% de lodo à massa cerâmica devido à alta plasticidade e a dificuldade de fabricação dos tijolos cerâmicos, no entanto, as proporções de 10% e 12% de lodo de ETA foram as que tiveram resultados melhores quanto aos parâmetros de resistência, indicando que os tijolos cerâmicos podem ser produzidos com a incorporação de até 12% de lodo de ETA.

Modelo matemático de linhas de transmissão, contemplando influências ambientais, para o trecho Guamá-Utinga, localizado em Belém, pertencente à Eletronorte

Teoricamente, a predição de falha em cadeia de isoladores pode ser observada pela verificação do comportamento harmônico da corrente através dos isoladores, chamada de corrente de fuga. Isto porque a capacitância de uma cadeia de isoladores permite a passagem das componentes harmônicas de maior ordem da corrente na linha. No entanto os projetos e planejamento de linhas de transmissão só levam em consideração as dimensões e geometrias da linha; esquecendo ou ignorando os efeitos ambientais em uma linha de transmissão. A omissão de tais efeitos, podem confundir um diagnóstico de falha no sistema de isolação da linha, de forma que foi necessário desenvolver uma metodologia para determinação dos valores dos parâmetros elétricos, resistência elétrica e capacitância em função de variáveis ambientais como: temperatura ambiente, radiação solar, umidade relativa do ar, velocidade do vento e direção do vento, particularmente a determinação do comportamento da capacitância, em função dessas variáveis ambientais se deu de maneira inovadora e experimental, tendo em vista obter um modelo matemático de linha de transmissão mais realista e dinâmico, que possa identificar de maneira precisa os parâmetros elétricos, sob a influência das variáveis ambientais. Nesse trabalho é desenvolvido esse modelo, que, além de ser alimentado com dados elétricos e ambientais reais, é feito o estudo da decomposição harmônica da corrente de fuga; além da comparação com resultados de outros modelos já existentes. São realizadas ainda, simulações de falhas virtuais, que compravam a eficiência e limitações do modelo, além de sugerir uma forma de monitoração em tempo real e a baixos custos.