Apparent strain localization and shear wave dispersion in elastic fault gouge with microrotations

Shear deformation of fault gouge or other particulate materials often results in observed strain localization, or more precisely, the localization of measured deformation gradients. In conventional elastic materials the strain localization cannot take place therefore this phenomenon is attributed to special types of non-elastic constitutive behaviour. For particulate materials however the Cosserat continuum which takes care of microrotations independent of displacements is a more appropriate model. In elastic Cosserat continuum the localization in displacement gradients is possible under some combinations of the generalized Cosserat elastic moduli. The same combinations of parameters also correspond to a considerable dispersion in shear wave propagation which can be used for independent experimental verification of the proposed mechanism of apparent strain localization in fault gouge.

Anticonvulsant profile of the alkaloids (+)-erythravine and (+)-11-alpha-hydroxy-erythravine isolated from the flowers of Erythrina mulungu Mart ex Benth (Leguminosae-Papilionaceae)

Neural mechanisms underlying the onset and maintenance of epileptic seizures involve alterations in inhibitory and/or excitatory neurotransmitter pathways. Thus, the prospecting of novel molecules from natural products that target both inhibition and excitation systems has deserved interest in the rational design of new anticonvulsants. We isolated the alkaloids (+)-erythravine and ( +)-11-alpha-hydroxyerythravine from the flowers of Erythrina mulungu and evaluated the action of these compounds against chemically induced seizures in rats. Our results showed that the administration of different doses of (+)-erythravine inhibited seizures evoked by bicuculline, pentylenetetrazole, and kainic acid at maximum of 80, 100, and 100%, respectively, whereas different doses of (+)-11-alpha-hydroxy-erythravine inhibited seizures at a maximum of 100% when induced by bicuculline, NMDA, and kainic acid, and, to a lesser extent, PTZ (60%). The analysis of mean latency to seizure onset of nonprotected animals, for specific doses of alkaloids, showed that (+)-erythravine increased latencies to seizures induced by bicuculline. Although (+)-erythravine exhibited very weak anticonvulsant action against seizures induced by NMDA, this alkaloid increased the latency in this assay. The increase in latency to onset of seizures promoted by (+)-11-alpha-hydroxy-erythravine reached a maximum of threefold in the bicuculline test. All animals were protected against death when treated with different doses of (+)-11-alpha-hydroxy-erythravine in the tests using the four chemical convulsants. Identical results were obtained when using (+)-erythravine in the tests of bicuculline, NMDA, and VIZ, and, to a lesser extent, kainic acid. Therefore, these data validate the anticonvulsant properties of the tested alkaloids, which is of relevance in consideration of the ethnopharmacological/biotechnological potential of E. mulungu. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

The Mesozoic and Cenozoic motion of Adria (central Mediterranean): a review of constraints and limitations

This paper presents kinematic analysis on the motion of Adria, which is the continental mass that bridges Africa and Europe in the central Mediterranean. Palaeomagnetic data show a general coherence between the motion of Adria and Africa since the Late Paleozoic. This mutual motion, for the period from 120 Ma and the present, is verified by comparing inferred palaeolatitudes from relatively stable parts of Adria (Apulia, Gargano, Istria, and the Southern Alps) and the Hyblean Plateau, with latitudinal changes that are calculated from the motion of Africa with respect to hotspots. Additional constraints on the motion of Adria are provided from the Late Paleozoic-Early Mesozoic passive margin of Adria in the Ionian Sea. The seismic structure of the floor of the Ionian Sea resembles the structure of the oceanic crust in marginal back-arc basins, suggesting that it formed as a small ocean basin. Furthermore, the Ionian lithosphere in the Calabrian arc has been subjected to rapid rollback, which commonly occurs only when the subducting slab is made of oceanic lithosphere. This oceanic domain marks the Pennian-Triassic to Jurassic plate boundary between Adria and Africa, suggesting that a small amount of independent motion between Adria and Africa took place at that time. Since the Jurassic, Adria and Africa have shared a relatively coherent motion path. (C) 2004 Lavoisier SAS. All rights reserved.

Facies architecture of the CRP-3 drillhole, Victoria Land Basin, Antarctica

The Cenozoic Victoria Land Basin (VLB) stratigraphic section penetrated by CRP-3 is mostly of Early Oligocene age. It contains an array of lithofacies comprising fine-grained mudrocks, interlaminated and interbedded mudrocks/sandstones, mud-rich and mud-poor sandstones, conglomerates and diametites that are together interpreted as the products of shallow marine to possibly non-marine environments of deposition, affected by the periodic advance and retreat of tidewater glaciers. This lithofacies assemblage can be readily rationalised using the facies scheme designed originally for CRP-2/2A, and published previously. The uppermost 330 metres below sea floor (mbsf) shows a cyclical arrangement of lithofacies also similar to that recognised throughout CRP-2/2A, and interpreted to reflect cyclical variations in relative sea-level driven by ice volume fluctuations ("Motif A"). Between 330 and 480 mbsf, a series of less clearly cyclical units, generally fining-upward but nonetheless incorporating a significant subset of the facies assemblage, has been identified and noted in the Initial Report as "Motif B. Below 480 mbsf, the section is arranged into a repetitive succession of fining-upward units, each of which comprises dolerite clast conglomerate at the base passing upward into relatively thick intervals of sandstones. The cycles present down 480 mbsf are defined as sequences, each interpreted to record cyclical variation of relative sea-level. The thickness distribution of sequences in CRP-3 provides some insights into the geological variables controlling sediment accumulation in the Early Oligocene section. The uppermost part of the section in CRP-3 comprises two or three thick, complete sequences that show a broadly symmetrical arrangement of lithofacies (similar to Sequences 9-11 in CRP-2/2A). This suggests a period of relatively rapid tectonic subsidence, which allowed preservation of the complete facies cycle. Below Sequence 3, however, is a considerable interval of thin, incomplete and erosionally truncated sequences (4-23), which incorporates both the remainder of Motif A sequences and all Motif B sequences recognised. The thinner and more truncated sequences suggest sediment accumulation under conditions of reduced accommodation, and given the lack of evidence for glacial conditions (see Powell et al., this volume) tends to argue for a period of reduced tectonic subsidence. The section below 480 mbsf consists of a series of fining-upward, conglomerate to sandstone intervals which cannot be readily interpreted in terms of relative sea-level change. A relatively mudrock-rich interval above the basal conglomerate/breccia (782-762 mbsf) may record initial flooding of the basin during early rift subsidence. The lithostratigraphy summarised above has been linked to seismic reflection data using depth conversion techniques (Henrys et al., this volume). The three uppermost reflectors ("o", "p" and "q") correlate to the package of thick sequences 1-3, and several deeper reflectors can also be correlated to sequence boundaries. The package of thick Sequences 1-3 shows a sheet-like cross-sectional geometry on seismic reflection lines, unlike the similar package recognised in CRP-2/2A.

The plausibility of long-wavelength stress correlation or stress magnitude as a mechanism for precursory seismicity: Results from two simple elastic models

Observations of accelerating seismic activity prior to large earthquakes in natural fault systems have raised hopes for intermediate-term eartquake forecasting. If this phenomena does exist, then what causes it to occur? Recent theoretical work suggests that the accelerating seismic release sequence is a symptom of increasing long-wavelength stress correlation in the fault region. A more traditional explanation, based on Reid's elastic rebound theory, argues that an accelerating sequence of seismic energy release could be a consequence of increasing stress in a fault system whose stress moment release is dominated by large events. Both of these theories are examined using two discrete models of seismicity: a Burridge-Knopoff block-slider model and an elastic continuum based model. Both models display an accelerating release of seismic energy prior to large simulated earthquakes. In both models there is a correlation between the rate of seismic energy release with the total root-mean-squared stress and the level of long-wavelength stress correlation. Furthermore, both models exhibit a systematic increase in the number of large events at high stress and high long-wavelength stress correlation levels. These results suggest that either explanation is plausible for the accelerating moment release in the models examined. A statistical model based on the Burridge-Knopoff block-slider is constructed which indicates that stress alone is sufficient to produce accelerating release of seismic energy with time prior to a large earthquake.

Simulation of the load-unload response ratio and critical sensitivity in the lattice solid model

The Load-Unload Response Ratio (LURR) method is an intermediate-term earthquake prediction approach that has shown considerable promise. It involves calculating the ratio of a specified energy release measure during loading and unloading where loading and unloading periods are determined from the earth tide induced perturbations in the Coulomb Failure Stress on optimally oriented faults. In the lead-up to large earthquakes, high LURR values are frequently observed a few months or years prior to the event. These signals may have a similar origin to the observed accelerating seismic moment release (AMR) prior to many large earthquakes or may be due to critical sensitivity of the crust when a large earthquake is imminent. As a first step towards studying the underlying physical mechanism for the LURR observations, numerical studies are conducted using the particle based lattice solid model (LSM) to determine whether LURR observations can be reproduced. The model is initialized as a heterogeneous 2-D block made up of random-sized particles bonded by elastic-brittle links. The system is subjected to uniaxial compression from rigid driving plates on the upper and lower edges of the model. Experiments are conducted using both strain and stress control to load the plates. A sinusoidal stress perturbation is added to the gradual compressional loading to simulate loading and unloading cycles and LURR is calculated. The results reproduce signals similar to those observed in earthquake prediction practice with a high LURR value followed by a sudden drop prior to macroscopic failure of the sample. The results suggest that LURR provides a good predictor for catastrophic failure in elastic-brittle systems and motivate further research to study the underlying physical mechanisms and statistical properties of high LURR values. The results provide encouragement for earthquake prediction research and the use of advanced simulation models to probe the physics of earthquakes.

Sonar de varredura lateral e sísmica de alta resolução aplicados no estudo de ecofácies na baía de Vitória-ES

Levantamentos geofísicos de alta resolução e amostragem de sedimentos de fundo foram realizados na Baía de Vitória tendo como objetivo mapear o fundo marinho acusticamente. A análise integrada de registros de sonar de varredura lateral e sísmica rasa permitiu o reconhecimento de 4 ecofácies distintas. A ecofácies Tipo 1 está associada a fundos sem penetração do sinal acústico e com sonogramas de alta intensidade de retorno do sinal e dunas subaquosas, onde areias são predominantes. A ecofácies Tipo 2 ocorre comumente em fundos areno-lamosos que apresentam alta penetração do sinal acústico e baixa intensidade do sinal nos sonogramas. A ecofácies Tipo 3 é caracterizada por uma penetração transparente do sinal até encontrar um refletor de alta amplitude e sem penetração, sendo típica de fundos lamosos. A ecofácies Tipo 4 está diretamente associada a fundos rochosos. A análise da distribuição destas ecofácies permite a interpretação dos principais processos sedimentares que atuam ao longo da baía.

Projecto de execução de fundações e estruturas de uma ponte em betão armado pré-esforçado

Este Trabalho refere-se ao Projecto de Execução de Fundações e Estruturas de uma Ponte Rodoviária em betão armado pré-esforçado, realizado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Civil – Especialização em Estruturas, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O Projecto de Execução é composto de Peças Escritas e Peças Desenhadas. Nas Peças Escritas estão incluídos: Memória Justificativa e Descritiva; Cálculos Justificativos e Anexos. A ponte é composta por dois tabuleiros paralelos com 10,28m de largura cada um e afastados entre si de 0,10m. A obra é constituída de 8 tramos; os tramos correntes com 31m de comprimento e os tramos extremos com 25 e 20m de comprimento, perfazendo um comprimento total de 231m. A obra foi parcialmente isolada dos sismos pela introdução, em todos os pilares, de aparelhos de apoio de elevado amortecimento sísmico do tipo HDRB (High Damping Rubber Bearings). Encontram-se particularmente discriminadas e detalhadas neste projecto as seguintes situações: - Cálculo do Pré-esforço e respectivas perdas; - Acção das sobrecargas rodoviárias; - Diferença de comportamento da obra na entrada em serviço e no longo prazo; - Análise sísmica e do isolamento sísmico; - Estudo dos efeitos diferidos: retracção e fluência. Tendo as abordagens de cálculo e as verificações de segurança seguido a regulamentação nacional em vigor, nomeadamente RSA e REBAP, foi no entanto feita uma aproximação às regras do “Capacity Design” previstas no EC8, em que se privilegia a actuação do projectista sobre o comportamento da estrutura, procurando uma resposta não linear da mesma, visando garantir que: - A rotura não ocorrerá nos elementos de fundação; - Nos pilares a dissipação de energia se faz através de rótulas plásticas, evitando-se roturas associadas a esforços transversos. A aplicação destas regras neste Projecto demonstrou haver um agravamento substancial na definição dos esforços a que devem resistir alguns dos componentes da estrutura, designadamente os pilares e as fundações, originando soluções de secções de betão e armaduras bem mais exigentes do que aqueles que resultariam da simples verificação de segurança, pela comparação entre esforços actuante e esforços resistentes “secção a secção”, imposta pela actual regulamentação nacional.

Influência da modelação de núcleos de betão armado no cálculo automático de estruturas de edifícios

O presente trabalho aborda a questão do comportamento e influência estrutural da modelação de um núcleo de secção aberta de parede fina no modelo tridimensional de elementos finitos de um edifício de betão armado, composto por 5 pisos sujeito à acção sísmica regulamentar. Para o efeito, foram considerados os Eurocódigos estruturais, nomeadamente o Eurocódigo 0, Eurocódigo 1 e Eurocódigo 8. A fim de avaliar a importância do tipo de modelação destes elementos estruturais, elemento fundamental para a caracterização da resposta dinâmica, foi desenvolvido um estudo paramétrico, fazendo-se a análise de quatro formas distintas de modelação do mesmo núcleo. Para os mesmos casos de carregamento, é feita uma análise comparativa entre os resultados obtidos a nível de períodos, percentagem de armadura nos pilares e no próprio núcleo bem como os deslocamentos para os modelos em estudo, com recurso a um programa de cálculo automático. O edifício considerado neste trabalho foi modelado com base no programa comercial de cálculo automático SAP 2000 versão 14.4. Posteriormente apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos nos vários modelos em causa e para as várias situações propostas ao longo do trabalho.

Stratification of the earth beneath the Azores from P and S receiver functions

Seismic recordings of IRIS/IDA/GSN station CMLA and of several temporary stations in the Azores archipelago are processed with P and S receiver function (PRF and SRF) techniques. Contrary to regional seismic tomography these methods provide estimates of the absolute velocities and of the Vp/Vs ratio up to a depth of similar to 300 km. Joint inversion of PRFs and SRFs for a few data sets consistently reveals a division of the subsurface medium into four zones with a distinctly different Vp/Vs ratio: the crust similar to 20 km thick with a ratio of similar to 1.9 in the lower crust, the high-Vs mantle lid with a strongly reduced VpNs velocity ratio relative to the standard 1.8, the low-velocity zone (LVZ) with a velocity ratio of similar to 2.0, and the underlying upper-mantle layer with a standard velocity ratio. Our estimates of crustal thickness greatly exceed previous estimates (similar to 10 km). The base of the high-Vs lid (the Gutenberg discontinuity) is at a depth of-SO km. The LVZ with a reduction of S velocity of similar to 15% relative to the standard (IASP91) model is terminated at a depth of similar to 200 km. The average thickness of the mantle transition zone (TZ) is evaluated from the time difference between the S410p and SKS660p, seismic phases that are robustly detected in the S and SKS receiver functions. This thickness is practically similar to the standard IASP91 value of 250 km. and is characteristic of a large region of the North Atlantic outside the Azores plateau. Our data are indicative of a reduction of the S-wave velocity of several percent relative to the standard velocity in a depth interval from 460 to 500 km. This reduction is found in the nearest vicinities of the Azores, in the region sampled by the PRFs, but, as evidenced by SRFs, it is missing at a distance of a few hundred kilometers from the islands. We speculate that this anomaly may correspond to the source of a plume which generated the Azores hotspot. Previously, a low S velocity in this depth range was found with SRF techniques beneath a few other hotspots.

From unthinned continent to ocean: The deep structure of the West Iberia passive continental margin at 38 degrees N

The crustal and lithospheric mantle structure at the south segment of the west Iberian margin was investigated along a 370 km long seismic transect. The transect goes from unthinned continental crust onshore to oceanic crust, crossing the ocean-continent transition (OCT) zone. The wide-angle data set includes recordings from 6 OBSs and 2 inland seismic stations. Kinematic and dynamic modeling provided a 2D velocity model that proved to be consistent with the modeled free-air anomaly data. The interpretation of coincident multi-channel near-vertical and wide-angle reflection data sets allowed the identification of four main crustal domains: (i) continental (east of 9.4 degrees W); (ii) continental thinning (9.4 degrees W-9.7 degrees W): (iii) transitional (9.7 degrees W-similar to 10.5 degrees W); and (iv) oceanic (west of similar to 10.5 degrees W). In the continental domain the complete crustal section of slightly thinned continental crust is present. The upper (UCC, 5.1-6.0 km/s) and the lower continental crust (LCC, 6.9-7.2 km/s) are seismically reflective and have intermediate to low P-wave velocity gradients. The middle continental crust (MCC, 6.35-6.45 km/s) is generally unreflective with low velocity gradient. The main thinning of the continental crust occurs in the thinning domain by attenuation of the UCC and the LCC. Major thinning of the MCC starts to the west of the LCC pinchout point, where it rests directly upon the mantle. In the thinning domain the Moho slope is at least 13 degrees and the continental crust thickness decreases seaward from 22 to 11 km over a similar to 35 km distance, stretched by a factor of 1.5 to 3. In the oceanic domain a two-layer high-gradient igneous crust (5.3-6.0 km/s; 6.5-7.4 km/s) was modeled. The intra-crustal interface correlates with prominent mid-basement, 10-15 km long reflections in the multi-channel seismic profile. Strong secondary reflected PmP phases require a first order discontinuity at the Moho. The sedimentary cover can be as thick as 5 km and the igneous crustal thickness varies from 4 to 11 km in the west, where the profile reaches the Madeira-Tore Rise. In the transitional domain the crust has a complex structure that varies both horizontally and vertically. Beneath the continental slope it includes exhumed continental crust (6.15-6.45 km/s). Strong diffractions were modeled to originate at the lower interface of this layer. The western segment of this transitional domain is highly reflective at all levels, probably due to dykes and sills, according to the high apparent susceptibility and density modeled at this location. Sub-Moho mantle velocity is found to be 8.0 km/s, but velocities smaller than 8.0 km/s confined to short segments are not excluded by the data. Strong P-wave wide-angle reflections are modeled to originate at depth of 20 km within the lithospheric mantle, under the eastern segment of the oceanic domain, or even deeper at the transitional domain, suggesting a layered structure for the lithospheric mantle. Both interface depths and velocities of the continental section are in good agreement to the conjugate Newfoundland margin. A similar to 40 km wide OCT having a geophysical signature distinct from the OCT to the north favors a two pulse continental breakup.

Projecto de estabilidade da Escola Superior de Enfermagem Artur Ravara

O presente trabalho, refere-se ao projecto de estabilidade, em betão armado e pré-esforçado, da Escola Superior de Enfermagem Artur Ravara, situada na zona da EXPO em Lisboa. O edifício apresenta-se com uma implantação em “L”, tendo como dimensões máximas 38,50m x 54,80m e desenvolve-se em altura por quatro pisos, dos quais, dois são enterrados. A estrutura do edifício em causa, apresenta duas juntas de dilatação, por forma a tornar desprezáveis os efeitos devidos à retracção e diminuição de temperatura, dividindo o edifício em três blocos. As suas fundações são indirectas, constituídas por estacas moldadas no terreno e respectivos maciços de encabeçamento. As lajes são fungiformes aligeiradas de moldes perdidos, de modo a permitir vencer maiores vãos, que variam entre os 6,60m e os 10,00m, e permitindo também maior rapidez de execução e maior economia. As consolas de 3,50m de vão, em laje maciça, são suportadas por vigas pré-esforçadas de secção variável. Para o cálculo automático da estrutura e da obtenção dos respectivos desenhos das armaduras, foi utilizado o programa de cálculo automático, Tricalc 7.1. O conteúdo do projecto em questão, sendo de carácter académico, não corresponde à versão real, à qual não se teve acesso. O dimensionamento das fundações, devido à fraca resistência dos solos e o dimensionamento da estrutura, devido à geometria e dimensões do edifício, permitiram enfrentar desafios interessantes. Tais desafios, deram possibilidade de enriquecer bastante os conhecimentos sobre a engenharia de estruturas.

Projecto de fundações e estrutura de um edifício de 4 pisos em Lisboa, destinado a habitação

O objectivo deste trabalho consiste na elaboração de um projecto de estruturas de um edifício, desde a fase de concepção estrutural até à fase de pormenorização, passando obviamente pelo dimensionamento. O trabalho foi motivo para aplicação dos conhecimentos adquiridos durante o curso, na prática de projecto de estruturas, nomeadamente na utilização da regulamentação europeia de estruturas que está para entrar em vigor. O projecto foi elaborado a partir do projecto base de arquitectura e diz respeito a um conjunto de 4 edifícios de habitação separados por junta de dilatação, a construir em Lisboa. A estrutura em betão armado constituída por lajes fungiformes maciças apoiadas em pilares, paredes de betão e vigas, foi analisada com recurso a um programa de cálculo automático de elementos finitos SAP 200 V14.2.4. Para a execução deste trabalho recorreu-se à regulamentação europeia, nomeadamente o Eurocódigo 0, o Eurocódigo 1, o Eurocódigo 2 e o Eurocódigo 8, na sua versão final de Norma Portuguesa. Os critérios de dimensionamento bem como as disposições construtivas relativas a armaduras de betão são detalhadamente referidos ao longo do trabalho. Embora a análise estrutural tenha sido efectuada para quatro edifícios, os desenhos de pormenorização de betão armado são apresentados relativamente apenas ao edifício Nº1. Optou-se por esta solução em virtude de os edifícios serem semelhantes.

Projecto de fundações e estrutura de um edifício destinado a pavilhão gimnodesportivo

Este trabalho tem como objectivo a elaboração do projecto de estruturas de um edifício destinado a pavilhão gimnodesportivo, caracterizando as suas diferentes fases de execução, desde a etapa inicial de concepção até à fase final de dimensionamento. Trata-se de um projecto complexo de uma estrutura com elementos estruturais em betão armado e pré-esforçado, e com muros de contenção. Na concepção do edifício foram utilizados os critérios gerais de dimensionamento presentes na regulamentação Europeia (Eurocódigos), uma vez que estes elementos representam o futuro da regulamentação de estruturas em termos Europeus, vindo substituir a nível nacional o “Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Betão Armado (RSA)” e o “Regulamento para Estruturas de Betão Armado e Pré- Esforçado (REBAP)”. A adopção das normas europeias representam assim um elevado desafio devido ao aumento da complexidade na concepção e dimensionamento de estruturas que estes regulamentos traduzem, principalmente o Eurocódigo 8, que define de um modo mais detalhado e complexo a análise sísmica, relativamente à regulamentação actual em vigor. Devido à elevada complexidade que os projectos de estruturas apresentam, utilizam-se actualmente ferramentas de cálculo automático. No dimensionamento deste edifício foi utilizado um programa tridimensional de elementos finitos para a modelação da estrutura. Pretende-se com a escolha deste projecto e dos métodos de dimensionamento presentes nos Eurocódigos, o desenvolvimento de um trabalho detalhado e correcto, permitindo assim adquirir conhecimentos importantes relativamente às futuras normas, e pôr em prática as competências e os conhecimentos obtidos ao longo curso.

Estruturas tradicionais vs. termoargila em zonas sísmicas

Com a crescente divulgação no mercado português de métodos construtivos de alvenaria resistente tipo Termoargila, compara-se neste trabalho a sua rentabilidade económica, em relação à execução em betão armado, com paredes não estruturais de alvenaria. Estudam-se três tipologias de estruturas com geometria regular (1 piso, 2 pisos, 4 pisos), em zonas sísmicas A e D segundo o Regulamento de Segurança e Acções. A análise dos resultados permite verificar a eficiência dos métodos construtivos para cada tipologia de edifício, assim como os seus custos. Analisa-se se o motivo pelo qual em Portugal não é corrente a aplicação de soluções estruturais de alvenaria resistente tipo Termoargila, se unicamente económico ou se existe uma inércia dos intervenientes na construção, privilegiando os métodos construtivos tradicionais.