Análise dinâmica de plataformas de aço para produção de petróleo com base na consideração do efeito da interação solo-estrutura

Atualmente, as tendências competitivas do mercado mundial, têm forçado os engenheiros estruturais a desenvolver soluções de projeto que acarretem em menor peso e custo de execução. Uma consequência direta desta nova tendência de projeto é o aumento considerável de problemas relacionados a vibrações de piso indesejadas. Por esta razão, os sistemas estruturais de pisos podem tornar-se vulneráveis a vibrações excessivas, como por exemplo, aquelas induzidas por equipamentos mecânicos (máquinas rotativas). Deste modo, este trabalho objetiva investigar o comportamento dinâmico de uma plataforma de aço para produção de petróleo, localizada na bacia de Santos (campo de Merluza), São Paulo, Brasil. Para tal, investiga-se a influência das ações dinâmicas oriundas dos equipamentos mecânicos localizados sobre os decks metálicos da plataforma. A resposta dinâmica do modelo estrutural foi determinada através de um extenso estudo numérico, a partir da análise de suas frequências naturais, deslocamentos, velocidades e acelerações de pico. Nesta investigação, as cargas dinâmicas provenientes dos equipamentos mecânicos (máquinas rotativas) foram aplicadas sobre o piso metálico do sistema estrutural. Com base obtenção da resposta dinâmica da estrutura (deslocamentos, velocidades e acelerações), foi possível avaliar a performance do modelo estrutural em termos de critérios de conforto humano e das tolerâncias máximas referentes aos equipamentos mecânicos, de acordo com normas e recomendações de projeto.

An investigation of the stresses and deflections of swept plates

The problem in this investigation was to determine the stress and deflection patterns of a thick cantilever plate at various angles of sweepback.

The plate was tested at angles of sweepback of zero, twenty, forty, and sixty degrees under uniform shear load at the tip, uniformly distributed load and torsional loading.

For all angles of sweep and for all types of loading the area of critical stress is near the intersection of the root and trailing edge. Stresses near the leading edge at the root decreased rapidly with increase in angle of sweep for all types of loading. In the outer portion of the plate near the trailing edge the stresses due to the uniform shear and the uniformly distributed load did not vary for angles of sweep up to forty degrees. For the uniform shear and the uniformly distributed loads for all angles of sweep the area in which end effect is pronounced extends from the root to approximately three quarters of a chord length outboard of a line perpendicular to the axis of the plate through the trailing edge root. In case of uniform shear and uniformly distributed loads the deflections near the edge at seventy-five per cent semi-span decreased with increase in angle of sweep. Deflections near the trailing edge under the same loading conditions increased with increase in angle of sweep for small angles and then decreased at the higher angles of sweep. The maximum deflection due to torsional loading increased with increase in angle of sweep.

Nitrates in surface waters, inputs and seasonality: Progress report for the period April - December 1987

The objective of this short project progress report is to investigate, in a catchment on which earlier nitrate data are available for comparison, seasonality and budgets, in relation to land use, of nitrate inputs, concentrations and loads. Sampling was undertaken from 1984-87 in the River Frome catchment and data on nitrate concentrations analysed.

Discharge and turbidity of the regulated River Tees. Variance spectrum analysis

High suspended sediment loads may be deleterious to adult salmonids and invertebrates in gravel-bedded streams. Further, the accumulation of fine material in the interstices of the gravel may have an adverse impact on the recruitment of the young stages of salmonids. It is important therefore not only to quantify the rates and degrees of silting but also to identify sediment sources and to determine both, the frequency of sediment inputs to the system and the duration of high sediment concentrations. This report explores the application of variance spectrum analysis to the isolation of sediment periodicities. For the particular river chosen for examination the method demonstrated the essentially undisturbed nature of the catchment. The regulated river chosen for examination is the River Tees in Northern England. Variance spectrum analysis was applied to a series of over 4000 paired daily turbidity and discharge readings.

Nitrates in surface water, inputs and seasonality

Because of the widespread concern over increasing nitrate concentrations in river water , the Freshwater Biological Association has undertaken a study to investigate seasonality, nitrate concentrations and loads in the River Frome catchment in relation to land use and compare the results for 1984/86 with data obtained in 1970/71. Information on land use changes and fertiliser applications were obtained both from MAFF and individual farmers. The study concludes that input of nitrogen from rainfall to the River Frome catchment had not significantly changed between 1970/71 and 1984/86.

Dynamical models for the Earth's geoid

The Earth's largest geoid anomalies occur at the lowest spherical harmonic degrees, or longest wavelengths, and are primarily the result of mantle convection. Thermal density contrasts due to convection are partially compensated by boundary deformations due to viscous flow whose effects must be included in order to obtain a dynamically consistent model for the geoid. These deformations occur rapidly with respect to the timescale for convection, and we have analytically calculated geoid response kernels for steady-state, viscous, incompressible, self-gravitating, layered Earth models which include the deformation of boundaries due to internal loads. Both the sign and magnitude of geoid anomalies depend strongly upon the viscosity structure of the mantle as well as the possible presence of chemical layering.

Correlations of various global geophysical data sets with the observed geoid can be used to construct theoretical geoid models which constrain the dynamics of mantle convection. Surface features such as topography and plate velocities are not obviously related to the low-degree geoid, with the exception of subduction zones which are characterized by geoid highs (degrees 4-9). Recent models for seismic heterogeneity in the mantle provide additional constraints, and much of the low-degree (2-3) geoid can be attributed to seismically inferred density anomalies in the lower mantle. The Earth's largest geoid highs are underlain by low density material in the lower mantle, thus requiring compensating deformations of the Earth's surface. A dynamical model for whole mantle convection with a low viscosity upper mantle can explain these observations and successfully predicts more than 80% of the observed geoid variance.

Temperature variations associated with density anomalies in the man tie cause lateral viscosity variations whose effects are not included in the analytical models. However, perturbation theory and numerical tests show that broad-scale lateral viscosity variations are much less important than radial variations; in this respect, geoid models, which depend upon steady-state surface deformations, may provide more reliable constraints on mantle structure than inferences from transient phenomena such as postglacial rebound. Stronger, smaller-scale viscosity variations associated with mantle plumes and subducting slabs may be more important. On the basis of numerical modelling of low viscosity plumes, we conclude that the global association of geoid highs (after slab effects are removed) with hotspots and, perhaps, mantle plumes, is the result of hot, upwelling material in the lower mantle; this conclusion does not depend strongly upon plume rheology. The global distribution of hotspots and the dominant, low-degree geoid highs may correspond to a dominant mode of convection stabilized by the ancient Pangean continental assemblage.

Processes controlling the quantities of biogenic materials in lakes and reservoirs subject to cultural eutrophication

The processes which control the growth, composition, succession and loss from suspension of phytoplankton algae are briefly reviewed, with special reference to function in eutrophic reservoir systems. The ecology of larger algal biomasses supported by high nutrient loading rates are more likely to be subject to physical (wash-out, underwater light penetration, thermal stability and mixing) than to chemical constraints. Sudden changes in the interactions between physical factors temporarily impair the growth of dominant algal species, and advance the succession. Certain algae may be cropped heavily, but selectively, by zooplankton feeding, but they are rarely the species which cause problems in waterworks practice. Grazing, however, does influence succession. A deeper understanding of the operation of loss control mechanism is urgently required. Potentially, manipulation of the physical environment provides an important means of alleviating day-to-day algal problems in eutrophic reservoirs; in terms of cost effectiveness these may prove to be more attractive than reducing nutrient loads at source.

Applications of plasticity theory to selected problems in soil mechanics

Two topics in plane strain perfect plasticity are studied using the method of characteristics. The first is the steady-state indentation of an infinite medium by either a rigid wedge having a triangular cross section or a smooth plate inclined to the direction of motion. Solutions are exact and results include deformation patterns and forces of resistance; the latter are also applicable for the case of incipient failure. Experiments on sharp wedges in clay, where forces and deformations are recorded, showed a good agreement with the mechanism of cutting assumed by the theory; on the other hand the indentation process for blunt wedges transforms into that of compression with a rigid part of clay moving with the wedge. Finite element solutions, for a bilinear material model, were obtained to establish a correspondence between the response of the plane strain wedge and its axi-symmetric counterpart, the cone. Results of the study afford a better understanding of the process of indentation of soils by penetrometers and piles as well as the mechanism of failure of deep foundations (piles and anchor plates).

The second topic concerns the plane strain steady-state free rolling of a rigid roller on clays. The problem is solved approximately for small loads by getting the exact solution of two problems that encompass the one of interest; the first is a steady-state with a geometry that approximates the one of the roller and the second is an instantaneous solution of the rolling process but is not a steady-state. Deformations and rolling resistance are derived. When compared with existing empirical formulae the latter was found to agree closely.

The significance of sedimentation and sediments to phytoplankton growth in drinking-water reservoirs

In the mesotrophic-eutrophic Saidenbach Reservoir in Saxony, the nanoplankton and cyanobacteria have increased at the expense of diatom dominance, due to a doubling of the external phosphorus load in the last 15 years. However, the phosphorus sedimentation flux is still very high (up to 80% of the input), corresponding to more than 2 g m2 d-1 in terms of dry weight. There is a strong correlation between the abundance of diatoms in the euphotic zone and their sedimentation flux (with a delay of about 2 weeks). Only about 25% of the deposited material could be clearly attributed to plankton biomass; the remainder resulted from flocculation and precipitation processes or directly from the inflow of clay minerals. The ash content of the deposited material was high (73%). Thus the sedimentation flux can be considered to operate as an internal water-treatment/oligotrophication process within the lake. The neighbouring Neunzehnhain Reservoir still has a very clear water with a transparency up to 18 m depth. Though the sediment was not much lower than Saidenbach sediment in total phosphorus and total numbers of bacteria, sulphide was always absent and the ratio of Fe 2+ to Fe 3+ was very low in the upper (0- 5 cm) layer. Thus the external and internal phosphorus loads do not attain the critical level necessary to induce a ”phosphorus - phytoplankton” feedback loop.

Using Earth Deformation Caused by Surface Mass Loading to Constrain the Elastic Structure of the Crust and Mantle

Surface mass loads come in many different varieties, including the oceans, atmosphere, rivers, lakes, glaciers, ice caps, and snow fields. The loads migrate over Earth's surface on time scales that range from less than a day to many thousand years. The weights of the shifting loads exert normal forces on Earth's surface. Since the Earth is not perfectly rigid, the applied pressure deforms the shape of the solid Earth in a manner controlled by the material properties of Earth's interior. One of the most prominent types of surface mass loading, ocean tidal loading (OTL), comes from the periodic rise and fall in sea-surface height due to the gravitational influence of celestial objects, such as the moon and sun. Depending on geographic location, the surface displacements induced by OTL typically range from millimeters to several centimeters in amplitude, which may be inferred from Global Navigation and Satellite System (GNSS) measurements with sub-millimeter precision. Spatiotemporal characteristics of observed OTL-induced surface displacements may therefore be exploited to probe Earth structure. In this thesis, I present descriptions of contemporary observational and modeling techniques used to explore Earth's deformation response to OTL and other varieties of surface mass loading. With the aim to extract information about Earth's density and elastic structure from observations of the response to OTL, I investigate the sensitivity of OTL-induced surface displacements to perturbations in the material structure. As a case study, I compute and compare the observed and predicted OTL-induced surface displacements for a network of GNSS receivers across South America. The residuals in three distinct and dominant tidal bands are sub-millimeter in amplitude, indicating that modern ocean-tide and elastic-Earth models well predict the observed displacement response in that region. Nevertheless, the sub-millimeter residuals exhibit regional spatial coherency that cannot be explained entirely by random observational uncertainties and that suggests deficiencies in the forward-model assumptions. In particular, the discrepancies may reveal sensitivities to deviations from spherically symmetric, non-rotating, elastic, and isotropic (SNREI) Earth structure due to the presence of the South American craton.

Estudo do efeito das cargas de nutrientes no reservatório APM-Manso: uma abordagem através da modelagem numérica tridimensional.

Os gestores de recursos hídricos estão encarregados da gestão de longo prazo, a regulação e a proteção dos recursos hídricos. No entanto, reconhece-se que a estes gestores devem levar em conta a multiplicidade de usos dos recursos hídricos que são apresentadas pelas partes interessadas, tais como agricultores, fornecedores de água e grupos de ambientalistas. Dada a complexidade do sistema hidrológico, o desenvolvimento e a utilização de modelos matemáticos são muitas das vezes necessários. Neste contexto a modelagem ambiental é frequentemente realizada para avaliar os impactos da degradação do ecossistema devido à ação humana. Essa aplicação orientada a investigações proporciona um importante meio pelo qual os cientistas podem interagir e influenciar nas políticas a nível local, regional, nacional e internacional. No Mato Grosso, durante a implantação da hidroelétrica de Aproveitamento Múltiplo de Manso foram adotadas medidas de mitigação dos impactos socioeconômicos causados. Essas medidas geram uma tendência de aumento populacional associado a uma mudança das características sócio-econômicas, para toda a região do entorno do Reservatório, o que agrava o problema de poluição por nutrientes e denota que existe uma necessidade proeminente de estudos do impacto que estas cargas causariam no ecossistema do reservatório. Utilizando o modelo hidrodinâmico e termodinâmico tridimensional ELCOM, associado ao modelo biogeoquímico Caedym, este trabalho tem a finalidade de criar uma modelagem representativa das cargas dos principais nutrientes causadores da eutrofização cultural, sendo eles: a amônia (NH4), o nitrato (NO3) e o Ortofosfato (PO4), com a finalidade de estudar os efeitos das dinâmicas espaciais e temporais destas cargas no estado trófico deste reservatório no em torno dos pontos de lançamento de esgoto e na sua totalidade.

Efeitos do uso de antiinflamatório e do exercício aeróbico sobre a regeneração tecidual e perfil biomecânico do tendão calcâneo de ratos após ruptura completa

Ruptura do tendão calcâneo é uma das lesões tendíneas mais frequentes. Embora a maioria dos trabalhos sugira que o exercício seja benéfico na cicatrização tendínea, não há consenso sobre o efeito do antiinflamatório neste contexto. Trabalhos experimentais tentam reproduzir lesão aguda deste tendão, em diferentes espécies animais. Neste estudo, descrevemos uma técnica de tenotomia completa do tendão calcâneo direito em ratos e, em seguida, avaliamos os efeitos do uso do antiinflamatório e do exercício aeróbico, isoladamente e em combinação, sobre a proliferação celular e o perfil biomecânico do tendão calcâneo, durante o processo de cicatrização após tenotomia. Estudo experimental com 156 ratos machos adultos, da raça Wistar, com idade média de 3 meses e peso médio de 300g. Após anestesia com tiopental e com auxílio da microscopia de luz, foi realizada incisão longitudinal posterior de cinco milímetros, em direção proximal, a partir da tuberosidade posterior do calcâneo da pata direita do rato. Foi feito corte transversal do tendão calcâneo, a sete milímetros da tuberosidade do calcâneo, com preservação do tendão plantar. Utilizamos as técnicas de Hematoxilina e Eosina, Picrosirius-red e Resorcina-fucsina de Weigert para avaliação da cicatrização tendínea e das fibras dos sistemas colágeno e elástico. Após a tenotomia, metade dos animais receberam tenoxicam intramuscular por 7 dias e no 8o dia iniciou-se protocolo de exercício em esteira na metade de cada grupo. Os ratos foram divididos aleatoriamente em 4 grupos de tratamento: A sem antiinflamatório E sem exercício (controle); B com antiinflamatório E com exercício; C sem antiinflamatório E com exercício; D com antiinflamatório E sem exercício. Os animais foram eutanasiados com 1, 2, 4 e 8 semanas após a tenotomia, para avaliação histológica pelo PCNA, e biomecânica através do teste de resistência à tração e da medida do ciclo locomotor. Foram realizados análise de variância, teste de Kruskal-Wallis e o método de Bonferroni, no programa R Project, versão 2.11.1. O tempo cirúrgico médio foi de 1 minuto e 24 segundos, sem complicações observadas até a 8a semana pós-operatória. Observamos proliferação celular e fibrilogênese com duas semanas, e diminuição da celularidade e das fibras elásticas na 8a semana, além de mudanças na organização estrutural do sistema colágeno. Encontramos pico da imunomarcação com PCNA na 2a semana em todos os grupos, exceto no grupo A, cujo pico aconteceu com 1 semana da tenotomia. Evidenciamos resistência à tração significativamente maior (p=0,02) nos ratos submetidos ao exercício, 8 semanas após ruptura. Nos grupos com antiinflamatório, observamos um ciclo locomotor mais estável durante todo o tempo avaliado. Consideramos a técnica cirúrgica experimental de tenotomia completa do tendão calcâneo, realizada com auxílio da microscopia de luz e preservação do tendão plantar, simples, rápida, com sinais de cicatrização tendínea normal e de fácil reprodução em ratos. O exercício aeróbico, iniciado precocemente após tenotomia completa do tendão calcâneo, é significativamente benéfico na sua recuperação biomecânica e o uso combinado com antiinflamatório confere maior estabilidade na marcha, o que pode proteger contra rerruptura tendínea em ratos

Detecção e classificação de VTCDs em sistemas de distribuição de energia elétrica usando redes neurais artificiais.

O objetivo deste trabalho é conhecer e compreender melhor os imprevistos no fornecimento de energia elétrica, quando ocorrem as variações de tensão de curta duração (VTCD). O banco de dados necessário para os diagnósticos das faltas foi obtido através de simulações de um modelo de alimentador radial através do software PSCAD/EMTDC. Este trabalho utiliza um Phase-Locked Loop (PLL) com o intuito de detectar VTCDs e realizar a estimativa automática da frequência, do ângulo de fase e da amplitude das tensões e correntes da rede elétrica. Nesta pesquisa, desenvolveram-se duas redes neurais artificiais: uma para identificar e outra para localizar as VTCDs ocorridas no sistema de distribuição de energia elétrica. A técnica aqui proposta aplica-se a alimentadores trifásicos com cargas desequilibradas, que podem possuir ramais laterais trifásicos, bifásicos e monofásicos. No desenvolvimento da mesma, considera-se que há disponibilidade de medições de tensões e correntes no nó inicial do alimentador e também em alguns pontos esparsos ao longo do alimentador de distribuição. Os desempenhos das arquiteturas das redes neurais foram satisfatórios e demonstram a viabilidade das RNAs na obtenção das generalizações que habilitam o sistema para realizar a classificação de curtos-circuitos.

Avaliação teórica, numérica e probabilística de fundações tracionadas.

A geotecnia constitui uma disciplina relativamente recente na área da engenharia civil, e dessa disciplina faz parte um capítulo ainda menos estudado que trata de fundações submetidas a esforços de tração. O presente trabalho deriva do conjunto de provas de cargas realizado para um importante projeto de linhas de transmissão que permitiu a aferição da teoria de capacidade de carga à tração da Universidade de Grenobel, cujos estudos comparativos mostram bons resultados para fins de aplicações práticas. De posse da extensa documentação técnica produzida e documentada por esse estudo foi possível comparar os resultados obtidos pelas provas de cargas e os resultados teóricos com os resultados das modelagens 2D axisimetricas por elementos finitos. Além dessas análises, foi possível verificar a variação da resistência à tração através de análises paramétricas realizadas a partir da variação da coesão e do ângulo de atrito. Os estudos apresentados reafirmam a confiabilidade das teorias da Universidade de Grenoble, que contemplam a simplicidade desejada às aplicações de cunho prático, com resultados satisfatórios em relação àqueles obtidos nos ensaios de tração. Por outro lado, as análises paramétricas realizadas indicaram a tendência de comportamento que a resistência à tração deve apresentar para diferentes parâmetros do solo. O conhecimento dessas tendências permite ao projetista avaliar os fatores de segurança sob ponto de vista probabilístico, ou seja, permite o emprego de fatores de segurança com o conhecimento da probabilidade de ruína associada. As análises probabilísticas foram traçadas a partir do emprego de funções genéricas de várias variáveis no formato FOSM (First Order Second Moment) que fornecem soluções aproximadas para o cálculo de desvio padrão quando não existe uma amostragem representativa. Ao término das análises, obteve-se como resultado, o mapa comparativo da probabilidade de ruína para os mesmos fatores de segurança empregados com base em resistências estimadas através de diferentes métodos de cálculos (Universidade de Grenoble e modelagem computacional).

Reutilización de escoria negra de acería como soporte en biofiltros para la eliminación de H2S del biogás.

[EN]Due to the limitations associated with fossil fuels it is necessary to promote energy sources that are renewable as well as eco-friendly, such as biogas generated in anaerobic digesters. The biogas, composed principally of methane and CO2, is the result of the biodegradation of organic matter under anaerobic conditions. Its use as fuel is limited by the presence of minority compounds such as hydrogen sulphide (H2S); therefore, its pre-treatment is necessary. Currently there are various technologies for the removal of H2S from a gas stream, but most of them are based on physic-chemical treatments which have a number of drawbacks as reactive consumption, generation of secondary flows, etc. Biofiltration has been used as an efficient and low cost alternative to conventional purification processes, and excellent results for the degradation of H2S have been obtained. However process can be limited due to the progressive ageing of the support material, along with the loss of nutrients and other specific characteristics necessary for the good development of biomass. The purpose of this project is to develop a mixed support consisting of a mixture of an organic material and an inorganic support for its application in the removal of the H2S from biogas. This support material helps to optimize the characteristics of the bed and extend its lifespan. The development of such material will contribute to the implementation of biofiltration for treating biogas from anaerobic digesters for its use as biofuel. The inorganic material used is electric arc furnace (EAF) black slag, a by-product generated in large quantities in the production of steel in the Basque Country. Although traditionally the slag has been used in civil engineering, its physicochemical characteristics make it suitable for reuse as a filter medium in biofiltration. The main conclusion drawn from the experimental results is that EAF black slag is a suitable co-packing material in organic biofilters treating H2S-polluted gaseous streams. High pollutant removal rates have been achieved during the whole experimental period. The removal capacity recorded in biofilters with less inorganic material was higher than in those with higher slag portion. Nevertheless, all the biofilters have shown a satisfactory response even at high inlet loads (48 g·m-3·h-1), where the RE has not decreased over 82%.