BEM modeling of saturated porous media susceptible to damage

This paper deals with the numerical analysis of saturated porous media, taking into account the damage phenomena on the solid skeleton. The porous media is taken into poro-elastic framework, in full-saturated condition, based on Biot's Theory. A scalar damage model is assumed for this analysis. An implicit boundary element method (BEM) formulation, based on time-independent fundamental solutions, is developed and implemented to couple the fluid flow and two-dimensional elastostatic problems. The integration over boundary elements is evaluated using a numerical Gauss procedure. A semi-analytical scheme for the case of triangular domain cells is followed to carry out the relevant domain integrals. The non-linear problem is solved by a Newton-Raphson procedure. Numerical examples are presented, in order to validate the implemented formulation and to illustrate its efficacy. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Caracterização de uma floresta estacional semidecidual em Varginha, MG. E comparação com remanescentes da região.

Foi realizado o levantamento florístico e fitossociológico na porção mais extensa de mata no Parque Florestal Municipal São Francisco de Assis, na cidade de Varginha, sul de Minas Gerais. A área tem cerca de 10 ha e é cortada por um pequeno córrego. Foram lançadas 25 parcelas de 20m x 20m e medidos e cadastrados todos os indivíduos arbóreos com DAP > 5cm. Foram encontrados 1568 indivíduos que, juntos, somaram área basal de 23,65 m2, sendo registrados 102 espécies, 72 gêneros e 42 famílias no levantamento fitossociológico e 111 espécies, 77 gêneros e 43 famílias no levantamento florístico. As famílias com maior número de espécies foram Myrtaceae, Fabaceae e Melastomataceae. As espécies de maior valor de importância foram Casearia arborea, Copaifera langsdorffii, Tachigali rugosa e Myrcia splendens. Os resultados encontrados são os esperados para as Florestas Estacionais Semideciduais da região.

Estabilidade temporal e variabilidade espacial da distribuição da armazenagem de água no solo numa sucessão feijão/aveia-preta

A armazenagem de água no solo é muito variável no tempo e no espaço devido à influência de vários fatores ambientais e topográficos. Objetivou-se neste estudo: quantificar a armazenagem de água no solo; avaliar sua estabilidade temporal e sua variabilidade espacial em um local próximo e outro distante do sistema radicular numa sucessão feijão/aveia-preta; e constatar sua variabilidade espacial em função do relevo. Em área experimental de 1.500 m², situada em Piracicaba-SP (latitude de 22° 42' 30" S, longitude de 47° 38' 00" W e 546 m de altitude), estabeleceram-se 60 pontos de amostragem, distanciados entre si de 5 m, numa grade de 10 por 6 pontos (50 x 30 m). Os valores da armazenagem de água no solo apresentaram comportamento-padrão para o solo estudado, com valores maiores em profundidade do que na camada mais superficial. Houve maior estabilidade temporal da armazenagem de água no solo durante o período chuvoso, porém na fase de secagem do solo a estabilidade temporal também foi constatada, mas com valores de coeficiente de correlação mais elevados na camada de 0,0-0,80 m, mostrando que essa estabilidade foi claramente devida à posição topográfica desses pontos, os quais estão localizados na porção mais baixa do relevo. Assim, o ponto 52 foi escolhido como representativo da média na fase de recarga de água no solo em ambas as camadas estudadas, e o ponto 46, na camada superior durante a fase de secagem do solo. A dependência espacial da variabilidade da armazenagem de água no solo foi detectada em ambas as camadas de solo, porém com maior alcance na camada de 0,0-0,40 m, quando houve ocorrência de precipitação. Quando as chuvas cessaram, o alcance foi maior na camada de 0,0-0,80 m. Durante o período chuvoso, o padrão de variabilidade espacial foi muito semelhante em ambas as camadas de solo, com armazenagens maiores na faixa de maior inclinação e depressões do terreno.

Aspectos morfométricos do timo em gatos domésticos (Felis domesticus)

O timo é um órgão linfático primário que desenvolve sua atividade em organismos jovens. Apesar de sua função ser responsável por mecanismos fundamentais na aquisição das defesas e conseqüentes respostas orgânicas, ela ainda não está totalmente esclarecida, nem tampouco as bases morfológicas que respondem por tais funções, como o processo de desenvolvimento e involução do órgão. Objetivou-se analisar e caracterizar os aspectos morfológicos do timo, tais como seu tamanho e volume, e aspectos histológicos do timo em gatos, correlacionando o sexo e o desenvolvimento etário. Doze timos provenientes de fetos de gatos domésticos (Felis domesticus) sem raça definida (SRD), machos e fêmeas, separados em três grupos etários. O timo apresentou-se com uma coloração rosa-pálida e com duas porções, a torácica e a cervical, sendo que cada uma delas possuía um lobo direito e um lobo esquerdo em sua maioria. A porção torácica localizava-se em região de mediastino cranial, entre os pulmões e à base do coração. E a porção cervical estendia-se além das costelas em sentido cranial, estando localizada ventralmente à traqueia. A estrutura celular do timo demonstrou-se organizada com a presença de agregados concêntricos, os chamados corpúsculos tímicos, formados por células epiteliais, sustentada por uma cápsula de tecido conjuntivo de onde partiam septos que ao penetrar no órgão dividia-o em lóbulos. Ocorreram variações significativas quanto à lobação e as dimensões do timo entre indivíduos da mesma faixa etária, e entre sexos diferentes. Os valores relativos ao comprimento, espessura e largura, de maneira geral, apresentaram aumento, em conformidade ao desenvolvimento dos animais, mas com diferenças entre os sexos.

Alteração mineralógica de Neossolos em uma climo-litossequência no Planalto do Rio Grande do Sul

No Estado do Rio Grande do Sul (RS), os Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos são solos que têm sofrido forte pressão de uso, demandando maior conhecimento sobre sua gênese e mineralogia. O objetivo deste trabalho foi determinar o grau de intemperismo de Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos, avaliando-se a alteração dos minerais em perfis dispostos em uma climo-litossequência no Planalto do RS, através de técnicas de dissolução química e difração de raios X. Foram identificados dois grupos de solos com graus de alteração distintos. O primeiro é constituído pelos perfis da porção Oeste da climo-litossequência (P1, P2 e P3) e encontra-se no estádio entre a bissialitização e a monossialitização, com predomínio de esmectita com hidroxi-Al entrecamadas (EHE), caulinita e hematita na fração argila. O segundo é representado pelos perfis da porção Leste (P4 e P5), encontrando-se no estádio entre a monossialitização e a ferralitização, com predomínio de caulinita e goethita e presença de gibbsita e EHE na fração argila. Os resultados sugerem maior influência do clima na alteração dos perfis. Os índices ki e kr não foram eficientes em representar a condição de alteração secundária dos perfis de Neossolos.

Tomografia de coerência óptica broncoscópica

OBJETIVO: Avaliar a viabilidade e o potencial do uso da tomografia de coerência óptica em conjunto com um broncoscópio convencional na avaliação das vias aéreas. MÉTODOS: Estudo piloto baseado em um modelo experimental ex vivo com três animais: um coelho adulto da raça Nova Zelândia e dois suínos da raça Landrace. Um cateter de imagem de tomografia de coerência óptica foi inserido no canal de trabalho de um broncoscópio flexível para alcançarmos a traqueia distal dos animais. As imagens foram obtidas sistematicamente em toda a traqueia ao longo das paredes, partindo da porção distal para a proximal. RESULTADOS: O cateter de imagem se adaptou com facilidade ao canal de trabalho do broncoscópio. Imagens em alta resolução de cortes transversais da traqueia foram obtidas em tempo real, sendo delineadas microestruturas, tais como epitélio, submucosa, cartilagem e camada adventícia nas paredes anteriores e laterais da traqueia. As camadas correspondentes do epitélio, mucosa e cartilagens foram claramente diferenciadas. Na parede posterior, foi possível identificar mucosa, submucosa e musculatura traqueal. CONCLUSÕES: O uso de tomógrafo de coerência óptica em conjunto com um broncoscópio flexível é viável. A tomografia de coerência óptica produz imagens de alta resolução que permitem visualizar a microanatomia da traqueia, inclusive estruturas que normalmente são visualizadas somente na histologia convencional.

Mastopexia após perda ponderal maciça: suspensão dérmica, remodelação do parênquima e aumento com tecido autógeno

INTRODUÇÃO: Pacientes com perda ponderal significativa podem apresentar mamas com ptose acentuada, perda de projeção do polo superior e excesso de tecido na porção toracolateral. Rubin & Khachi descreveram técnica de mastopexia com suspensão dérmica e remodelação do parênquima associada a aumento com tecido autógeno, tratando a deformidade mamária e o excesso toracolateral em um só estágio. Neste trabalho, é ilustrada essa técnica cirúrgica e demonstradas sua reprodutibilidade e suas complicações. MÉTODO: Foram operadas 14 pacientes com deformidade graus 2 e 3 pela Escala de Pittsburgh, no Hospital Estadual de Sapopemba (São Paulo, SP, Brasil), no período de dezembro de 2008 a dezembro de 2009, utilizando a técnica referida. Foram analisados os seguintes dados: tipos de deformidade das mamas, translocação do complexo areolopapilar (CAP), dimensões dos retalhos, tempo cirúrgico, tempo de permanência do dreno e incidência de complicações. RESULTADOS: A média de idade das pacientes foi de 41,21 + 7,67 anos e o índice de massa corporal médio foi de 29,30 + 2,77. O tempo de seguimento das pacientes variou de 3 meses a 18 meses, com média de 8 meses. Dentre as 14 pacientes operadas, 4 (28,6%) apresentavam deformidade grau 3 e 10 (71,4%), grau 2. A média de translocação do CAP foi de 6,38 cm. As dimensões médias do retalho foram de 25,21 cm x 6,92 cm. O tempo cirúrgico médio foi de 188,57 minutos. Os drenos permaneceram, em média, por 6,21 dias. Foram observadas as seguintes complicações: epiteliose de CAP, deiscência na junção do T, hematoma pequeno e linfedema toracolateral. CONCLUSÕES: A mastopexia com suspensão dérmica, remodelação do parênquima e aumento com tecido autólogo é uma técnica reprodutível, rápida e com baixo índice de complicações.

Composição e estrutura arbórea em floresta estacional semidecidual no Espinhaço Meridional (Serra do Cipó, MG)

Estudos florísticos e fitossociológicos têm sido feitos em áreas de Mata Atlântica, sendo parte desses em remanescentes de Floresta Estacional Semidecidual. Entretanto, no cômputo geral, as florestas na Serra do Espinhaço têm sido pouco estudadas. Este trabalho objetiva descrever e analisar a composição e estrutura de espécies arbóreas de uma área de Floresta Estacional Semidecidual na face leste da Serra do Cipó, porção meridional da Serra do Espinhaço (MG). O método de ponto-quadrante foi utilizado para estudo fitossociológico, sendo o levantamento florístico total incrementado por coletas não-sistematizadas. Foram calculados: área basal total, densidade, frequência e dominância relativas, além do índice de valor de importância. O levantamento florístico total registrou 280 espécies, número que destaca a riqueza da área, cuja maior afinidade florística é com outras áreas florestais localizadas nas bacias dos Rios Doce e Paraíba do Sul. Os parâmetros fitossociológicos destacam a predominância de espécies pioneiras e secundárias iniciais, o que, assim como os valores estruturais, caracteriza um estádio secundário inicial a intermediário de regeneração. Os dados deste trabalho realçam a importância da preservação das florestas estacionais da Mata Atlântica e, particularmente, de áreas florestais na porção leste do Espinhaço.

Levantamento dos fatores de enriquecimento do As e metais em sedimentos superficiais do Canal de Bertioga (SP), Brazil

Em virtude do desenvolvimento econômico do litoral paulista, ao longo do século XX, ocorreram modificações no ambiente costeiro proveniente de construções de rodovias, melhorias na estrutura portuária de Santos e implantação do pólo petroquímico de Cubatão. Localizado na porção mais a NE do complexo estuarino da Baixada Santista, o Canal de Bertioga, com aproximadamente 25 km de extensão, faz a ligação entre o oceano e o alto estuário santista. O canal é considerado como uma conexão secundária do oceano ao complexo estuarino de Santos, com sua desembocadura a nordeste localizada próxima a cidade de Bertioga, e a desembocadura oposta próxima ao canal do alto estuário santista. Assim, esse trabalho teve como objetivo fazer um levantamento dos fatores de enriquecimento de As, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb e Zn em 147 amostras de sedimentos superficiais coletadas ao longo do Canal. As amostras foram inicialmente liofilizadas, procedendo-se a digestão ácida e determinação dos elementos de interesse por espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). Os resultados obtidos mostraram-se distribuídos dentro de dois padrões, um deles apresentando maiores valores de fator de enriquecimento na desembocadura sul, próximo à região de Guarujá e o outro, na desembocadura norte, o qual sofre grande influência do estuário Santista e das inúmeras fontes ali presentes

Avaliação da Biodisponibilidade de HPAS na Baía de Santos-SP-Brasil, Através da análise de metabólitos biliares em peixes

A Baía de Santos, localizada na Baixada Santista, porção central do litoral do Estado de São Paulo é local importante para a economia do país devido à presença do polo industrial de Cubatão, do Porto de Santos, do grande potencial turístico existente e dos recursos pesqueiros e naturais proporcionados pelos manguezais que ali ocorrem. A presença marcante de atividades antrópicas na região acarreta o aporte constante de contaminantes. Ambientes costeiros marinhos, localizados próximos a grandes centros urbanos e industriais, normalmente estão sujeitos à contaminação por compostos orgânicos.

Produzione e caratterizzazione di schiume inorganiche a base geopolimerica

Scopo di questa tesi di laurea sperimentale (LM) è stata la produzione di geopolimeri a base metacaolinitica con una porosità controllata. Le principali tematiche affrontate sono state: -la produzione di resine geopolimeriche, studiate per individuare le condizioni ottimali ed ottenere successivamente geopolimeri con un’ultra-macro-porosità indotta; -lo studio dell’effetto della quantità dell’acqua di reazione sulla micro- e meso-porosità intrinseche della struttura geopolimerica; -la realizzazione di schiume geopolimeriche, aggiungendo polvere di Si, e lo studio delle condizioni di foaming in situ; -la preparazione di schiume ceramiche a base di allumina, consolidate per via geopolimerica. Le principali proprietà dei campioni così ottenuti (porosità, area superficiale specifica, grado di geopolimerizzazione, comportamento termico, capacità di scambio ionico sia delle resine geopolimeriche che delle schiume, ecc.) sono state caratterizzate approfonditamente. Le principali evidenze sperimentali riscontrate sono: A)Effetto dell’acqua di reazione: la porosità intrinseca del geopolimero aumenta, sia come quantità che come dimensione, all’aumentare del contenuto di acqua. Un’eccessiva diluizione porta ad una minore formazione di nuclei con l’ottenimento di nano-precipitati di maggior dimensioni. Nelle schiume geopolimeriche, l’acqua gioca un ruolo fondamentale nell’espansione: deve essere presente un equilibrio ottimale tra la pressione esercitata dall’H2 e la resistenza opposta dalla parete del poro in formazione. B)Effetto dell’aggiunta di silicio metallico: un elevato contenuto di silicio influenza negativamente la reazione di geopolimerizzazione, in particolare quando associato a più elevate temperature di consolidamento (80°C), determinando una bassa geopolimerizzazione nei campioni. C)Effetto del grado di geopolimerizzazione e della micro- e macro-struttura: un basso grado di geopolimerizzazione diminuisce l’accessibilità della matrice geopolimerica determinata per scambio ionico e la porosità intrinseca determinata per desorbimento di N2. Il grado di geopolimerizzazione influenza anche le proprietà termiche: durante i test dilatometrici, se il campione non è completamente geopolimerizzato, si ha un’espansione che termina con la sinterizzazione e nell’intervallo tra i 400 e i 600 °C è presente un flesso, attribuibile alla transizione vetrosa del silicato di potassio non reagito. Le prove termiche evidenziano come la massima temperatura di utilizzo delle resine geopolimeriche sia di circa 800 °C.

RNA non-codificanti indotti da danno al DNA regolano il fattore di trascrizione HIF-1α

Recenti analisi sull’intero trascrittoma hanno rivelato una estensiva trascrizione di RNA non codificanti (ncRNA), le quali funzioni sono tuttavia in gran parte sconosciute. In questo lavoro è stato dimostrato che alte dosi di camptotecina (CPT), un farmaco antitumorale inibitore della Top1, aumentano la trascrizione di due ncRNA antisenso in 5’ e 3’ (5'aHIF-1α e 3'aHIF-1α rispettivamente) al locus genico di HIF-1α e diminuiscono i livelli dell’mRNA di HIF-1α stesso. Gli effetti del trattamento sono Top1-dipendenti, mentre non dipendono dal danno al DNA alla forca di replicazione o dai checkpoint attivati dal danno al DNA. I ncRNA vengono attivati in risposta a diversi tipi di stress, il 5'aHIF-1α è lungo circa 10 kb e possiede sia il CAP in 5’ sia poliadenilazione in 3’ (in letteratura è noto che il 3'aHIF-1α è un trascritto di 1,7 kb, senza 5’CAP né poliadenilazione). Analisi di localizzazione intracellulare hanno dimostrato che entrambi sono trascritti nucleari. In particolare 5'aHIF-1α co-localizza con proteine del complesso del poro nucleare, suggerendo un suo possibile ruolo come mediatore degli scambi della membrana nucleare. È stata dimostrata inoltre la trascrizione dei due ncRNA in tessuti di tumore umano del rene, evidenziandone possibili ruoli nello sviluppo del cancro. È anche noto in letteratura che basse dosi di CPT in condizioni di ipossia diminuiscono i livelli di proteina di HIF-1α. Dopo aver dimostrato su diverse linee cellulari che i due ncRNA sopracitati non potessero essere implicati in tale effetto, abbiamo studiato le variazioni dell’intero miRnoma alle nuove condizioni sperimentali. In tal modo abbiamo scoperto che il miR-X sembra essere il mediatore molecolare dell’abbattimento di HIF-1α dopo trattamento con basse dosi di CPT in ipossia. Complessivamente, questi risultati suggeriscono che il fattore di trascrizione HIF-1α venga finemente regolato da RNA non-codificanti indotti da danno al DNA.

Sviluppo di una metodologia per la modellazione geologica-geomeccanica ed il monitoraggio di reservoir adibiti a siti di stoccaggio di gas naturale

La valutazione dei rischi associati all’operatività dei sistemi di stoccaggio, quali la sismicità indotta e la subsidenza, è requisito basilare per una loro corretta gestione e progettazione, e passa attraverso la definizione dell’influenza sullo stato tensionale delle variazioni di pressione di poro nel sottosuolo. Principale scopo di questo progetto è lo sviluppo di una metodologia in grado di quantificare le deformazioni dei reservoir in funzione della pressione di poro, di tarare i modelli utilizzati con casi studio che presentino dati di monitoraggio reali, tali da consentire un confronto con le previsioni di modello. In questa tesi, la teoria delle inomogeneità è stata utilizzata, tramite un approccio semianalitico, per definire le variazioni dei campi elastici derivanti dalle operazioni di prelievo e immissione di fluidi in serbatoi geologici. Estensione, forma e magnitudo delle variazioni di stress indotte sono state valutate tramite il concetto di variazione dello sforzo critico secondo il criterio di rottura di Coulomb, tramite un’analisi numerica agli elementi finiti. La metodologia sviluppata è stata applicata e tarata su due reservoir sfruttati e riconvertiti a sistemi di stoccaggio che presentano dataset, geologia, petrofisica, e condizioni operative differenti. Sono state calcolate le variazioni dei campi elastici e la subsidenza; è stata mappata la variazione di sforzo critico di Coulomb per entrambi i casi. I risultati ottenuti mostrano buon accordo con le osservazioni dei monitoraggi, suggerendo la bontà della metodologia e indicando la scarsa probabilità di sismicità indotta. Questo progetto ha consentito la creazione di una piattaforma metodologica di rapido ed efficace utilizzo, per stimare l’influenza dei sistemi di stoccaggio di gas sullo stato tensionale della crosta terrestre; in fase di stoccaggio, permette di monitorare le deformazioni e gli sforzi indotti; in fase di progettazione, consente di valutare le strategie operative per monitorare e mitigare i rischi geologici associati a questi sistemi.

Dynamic development of hydrofractures

Natürliche hydraulische Bruchbildung ist in allen Bereichen der Erdkruste ein wichtiger und stark verbreiteter Prozess. Sie beeinflusst die effektive Permeabilität und Fluidtransport auf mehreren Größenordnungen, indem sie hydraulische Konnektivität bewirkt. Der Prozess der Bruchbildung ist sowohl sehr dynamisch als auch hoch komplex. Die Dynamik stammt von der starken Wechselwirkung tektonischer und hydraulischer Prozesse, während sich die Komplexität aus der potentiellen Abhängigkeit der poroelastischen Eigenschaften von Fluiddruck und Bruchbildung ergibt. Die Bildung hydraulischer Brüche besteht aus drei Phasen: 1) Nukleation, 2) zeitabhängiges quasi-statisches Wachstum so lange der Fluiddruck die Zugfestigkeit des Gesteins übersteigt, und 3) in heterogenen Gesteinen der Einfluss von Lagen unterschiedlicher mechanischer oder sedimentärer Eigenschaften auf die Bruchausbreitung. Auch die mechanische Heterogenität, die durch präexistierende Brüche und Gesteinsdeformation erzeugt wird, hat großen Einfluß auf den Wachstumsverlauf. Die Richtung der Bruchausbreitung wird entweder durch die Verbindung von Diskontinuitäten mit geringer Zugfestigkeit im Bereich vor der Bruchfront bestimmt, oder die Bruchausbreitung kann enden, wenn der Bruch auf Diskontinuitäten mit hoher Festigkeit trifft. Durch diese Wechselwirkungen entsteht ein Kluftnetzwerk mit komplexer Geometrie, das die lokale Deformationsgeschichte und die Dynamik der unterliegenden physikalischen Prozesse reflektiert. rnrnNatürliche hydraulische Bruchbildung hat wesentliche Implikationen für akademische und kommerzielle Fragestellungen in verschiedenen Feldern der Geowissenschaften. Seit den 50er Jahren wird hydraulisches Fracturing eingesetzt, um die Permeabilität von Gas und Öllagerstätten zu erhöhen. Geländebeobachtungen, Isotopenstudien, Laborexperimente und numerische Analysen bestätigen die entscheidende Rolle des Fluiddruckgefälles in Verbindung mit poroelastischen Effekten für den lokalen Spannungszustand und für die Bedingungen, unter denen sich hydraulische Brüche bilden und ausbreiten. Die meisten numerischen hydromechanischen Modelle nehmen für die Kopplung zwischen Fluid und propagierenden Brüchen vordefinierte Bruchgeometrien mit konstantem Fluiddruck an, um das Problem rechnerisch eingrenzen zu können. Da natürliche Gesteine kaum so einfach strukturiert sind, sind diese Modelle generell nicht sonderlich effektiv in der Analyse dieses komplexen Prozesses. Insbesondere unterschätzen sie die Rückkopplung von poroelastischen Effekten und gekoppelte Fluid-Festgestein Prozesse, d.h. die Entwicklung des Porendrucks in Abhängigkeit vom Gesteinsversagen und umgekehrt.rnrnIn dieser Arbeit wird ein zweidimensionales gekoppeltes poro-elasto-plastisches Computer-Model für die qualitative und zum Teil auch quantitativ Analyse der Rolle lokalisierter oder homogen verteilter Fluiddrücke auf die dynamische Ausbreitung von hydraulischen Brüchen und die zeitgleiche Evolution der effektiven Permeabilität entwickelt. Das Programm ist rechnerisch effizient, indem es die Fluiddynamik mittels einer Druckdiffusions-Gleichung nach Darcy ohne redundante Komponenten beschreibt. Es berücksichtigt auch die Biot-Kompressibilität poröser Gesteine, die implementiert wurde um die Kontrollparameter in der Mechanik hydraulischer Bruchbildung in verschiedenen geologischen Szenarien mit homogenen und heterogenen Sedimentären Abfolgen zu bestimmen. Als Resultat ergibt sich, dass der Fluiddruck-Gradient in geschlossenen Systemen lokal zu Störungen des homogenen Spannungsfeldes führen. Abhängig von den Randbedingungen können sich diese Störungen eine Neuausrichtung der Bruchausbreitung zur Folge haben kann. Durch den Effekt auf den lokalen Spannungszustand können hohe Druckgradienten auch schichtparallele Bruchbildung oder Schlupf in nicht-entwässerten heterogenen Medien erzeugen. Ein Beispiel von besonderer Bedeutung ist die Evolution von Akkretionskeilen, wo die große Dynamik der tektonischen Aktivität zusammen mit extremen Porendrücken lokal starke Störungen des Spannungsfeldes erzeugt, die eine hoch-komplexe strukturelle Entwicklung inklusive vertikaler und horizontaler hydraulischer Bruch-Netzwerke bewirkt. Die Transport-Eigenschaften der Gesteine werden stark durch die Dynamik in der Entwicklung lokaler Permeabilitäten durch Dehnungsbrüche und Störungen bestimmt. Möglicherweise besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Bildung von Grabenstrukturen und großmaßstäblicher Fluid-Migration. rnrnDie Konsistenz zwischen den Resultaten der Simulationen und vorhergehender experimenteller Untersuchungen deutet darauf hin, dass das beschriebene numerische Verfahren zur qualitativen Analyse hydraulischer Brüche gut geeignet ist. Das Schema hat auch Nachteile wenn es um die quantitative Analyse des Fluidflusses durch induzierte Bruchflächen in deformierten Gesteinen geht. Es empfiehlt sich zudem, das vorgestellte numerische Schema um die Kopplung mit thermo-chemischen Prozessen zu erweitern, um dynamische Probleme im Zusammenhang mit dem Wachstum von Kluftfüllungen in hydraulischen Brüchen zu untersuchen.

Numerical assessment on the effective mechanical stimuli for matrix-associated metabolism in chondrocyte-seeded constructs

The self-regeneration capacity of articular cartilage is limited, due to its avascular and aneural nature. Loaded explants and cell cultures demonstrated that chondrocyte metabolism can be regulated via physiologic loading. However, the explicit ranges of mechanical stimuli that correspond to favourable metabolic response associated with extracellular matrix (ECM) synthesis are elusive. Unsystematic protocols lacking this knowledge produce inconsistent results. This study aims to determine the intrinsic ranges of physical stimuli that increase ECM synthesis and simultaneously inhibit nitric oxide (NO) production in chondrocyte-agarose constructs, by numerically re-evaluating the experiments performed by Tsuang et al. (2008). Twelve loading patterns were simulated with poro-elastic finite element models in ABAQUS. Pressure on solid matrix, von Mises stress, maximum principle stress and pore pressure were selected as intrinsic mechanical stimuli. Their development rates and magnitudes at the steady state of cyclic loading were calculated with MATLAB at the construct level. Concurrent increase in glycosaminoglycan and collagen was observed at 2300 Pa pressure and 40 Pa/s pressure rate. Between 0-1500 Pa and 0-40 Pa/s, NO production was consistently positive with respect to controls, whereas ECM synthesis was negative in the same range. A linear correlation was found between pressure rate and NO production (R = 0.77). Stress states identified in this study are generic and could be used to develop predictive algorithms for matrix production in agarose-chondrocyte constructs of arbitrary shape, size and agarose concentration. They could also be helpful to increase the efficacy of loading protocols for avascular tissue engineering. Copyright (c) 2010 John Wiley \& Sons, Ltd.