Influência de forças de percolação na estabilidade de obras geotécnicas. Implementação e validação de modelo numérico

A percolação da água nos solos impõe-lhe forças, designadas por forças de percolação, que alteram a distribuição das forças de massa e, portanto, das tensões efectivas no maciço. Neste trabalho desenvolve-se, implementa-se e valida-se um programa numérico de análise de escoamentos capaz de caracterizar eficazmente o comportamento da água nos solos em regime permanente. O programa detalha as pressões de água, as cargas hidráulicas, as velocidades e as forças de percolação. Em seguida, para avaliar a influência do escoamento de água na estabilidade das mais variadas obras geotécnicas recorre-se a um programa de elementos finitos que implementa numericamente o teorema cinemático da análise limite. Os exemplos de aplicação realizados para validação demonstram que o cálculo implementado conduz a resultados muito semelhantes, por vezes melhores, aos obtidos por outros autores, tanto a nível analítico como numérico. Conclui-se o trabalho com o estudo da influência de escoamentos com componente maioritariamente vertical na capacidade resistente de fundações superficiais. No caso de um escoamento estritamente vertical é necessária a condição de permeabilidade de fundação. A impermeabilidade da fundação altera o regime de escoamento, e, portanto, a distribuição das forças de percolação e das tensões efectivas. Este estudo tem como objectivo avaliar preliminarmente a influência desta alteração na capacidade resistente de fundações superficiais.

Estudo de parâmetros físicos, químicos e hídricos de um Latossolo Amarelo, na região Amazônica

Estudou-se os atributos físicos, hídricos e químicos de um Latossolo sob sistema de agroflorestal na região Amazônica. O solo foi descrito morfologicamente e amostras com estrutura deformada foram coletadas para caracterização física e química. A análise das propriedades hidráulicas foi realizada a partir de amostras indeformadas coletadas a cada camada de 0,10 m até 1,00 m de profundidade com 5 repetições para determinação da condutividade hidráulica do solo saturado (Ko) pelo método do permeâmetro de carga decrescente e determinação das curvas de retenção (fim(teta)), utilizando as tensões de 1, 2 e 4 kPa (funis de placa porosa) e 10, 30, 50, 100, 500 e 1500 kPa (câmaras de pressão com placa porosa). As demais análises foram realizadas até 1,50 m de profundidade. Os valores de Ko nas camadas apresentaram grande homogeneidade estando compreendido entre 2,22 a 3,20 cm dia-1, sendo relacionados com variação da densidade do solo e porosidade. A retenção hídrica demonstra que o solo tem a capacidade de reter elevada quantidade de água, mesmo quando submetido a elevados potenciais, indicando uma baixa disponibilidade para as plantas. As curvas de retenção não apresentaram um bom ajuste pela equação de van Genuchten , sugerindo uma distribuição de poros bimodal.

Dynamic modelling and analysis of hydraulic forces in radial blood pumps

Dissertação de mestrado integrado em Biomedical Engineering Biomaterials, Biomechanics and Rehabilitation

Implementação de um sistema de previsão e controlo para operação otimizada de um sistema de recolha e armazenamento de água pluvial

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Manual de procedimientos para el cálculo de lluvias de diseño. Escala provincial y nacional

El diseño hidrológico se define como la evaluación del impacto de los procesos hidrológicos y la estimación de los valores correspondientes a las variables representativas con fines de diseño. Las pautas para establecer un valor de diseño para obras hidráulicas son el costo y la seguridad. Sobredimensionar las obras es antieconómico, en tanto que, si las estructuras se subdimensionan pueden fallar con resultados catastróficos. Los estudios dirigidos a determinar las crecidas de proyecto de diversas estructuras hidráulicas requieren series de datos históricos de caudal, pero esta información en nuestro país es poco frecuente. En esos casos, el análisis se hace sobre las precipitaciones causantes del fenómeno denominadas lluvia de diseño. El equipo responsable de este proyecto tiene una experiencia de investigación y desarrollo de más de 15 años en el tema. Por lo que el objeto de la presente propuesta es plasmar los avances alcanzados sobre las lluvias de diseño en un manual que permita brindar una herramienta técnica (a escala provincial y nacional) a los profesionales dedicados a la planificación, proyecto y construcción de obras hidráulicas

Técnicas Experimentales para Caracterizar Flujos Complejos. Experimental techniques for complex flows characterization.

En ambientes fluviales, la interacción del flujo con la geometría del cauce y con los sedimentos del lecho define una dinámica turbulenta compleja en permanente evolución. El nivel de complejidad del flujo aumenta ante la presencia de estructuras hidráulicas (pilas de puentes, protecciones contra erosión, etc.). La mayoría de los ríos, o canales naturales, presentan confluencias y bifurcaciones, en donde se genera una convergencia (o divergencia) del flujo con el resultado de un ambiente hidrodinámico complejo en la cercanía de las uniones (Kenworthy y Rhoads 1995). Bajo estas condiciones no es posible extrapolar las soluciones tradicionales básicas de las ecuaciones de gobierno desarrolladas para canales rectos y uniformes. Algunas investigaciones experimentales realizadas en estos sistemas son las de Best (1988), Rhoads y Sukhodolov (2001), Richardson et al. (1996); Richardson y Thorne (1998, 2001); Parsons et al. (2004); Szupiany et al. (2005).Por otro lado, la zona costera en ambientes marítimos se caracteriza por la existencia de diversos procesos dinámicos, entre los que se destacan la acción de olas, corrientes, interacción olas-corrientes, transporte de sedimentos y cambios batimétricos. Estos se manifiestan en una alteración morfodinámica de la playa generando superficies potenciales de erosión. Así, el diseño de las protecciones costeras (ya sean continuas, como escolleras o muros verticales; o discontinuas como espigones o diques externos) sometidas al clima marítimo bajo distintas condiciones de olas y mareas, alteran los patrones de circulación y de transporte afectando la morfodinámica en su zona de influencia y plantean, por ejemplo, la necesidad de ajustes de los coeficientes de estabilidad y pesos de los bloques de roca de las escolleras. Los problemas generados, son especialmente complejos ya que deben considerarse para su estudio, los niveles de turbulencia, la transmisión del oleaje sobre o a través de la estructura, difracción alrededor de la misma, refracción y shoaling sobre un fondo dinámico, reflexión en la estructura, etc. (Alsina et al., 2007) Revisiones bibliográficas previas muestran que, en ambos ambientes (fluvial y marítimo), es necesario optimizar las técnicas experimentales existentes para que ellas permitan caracterizar con precisión los flujos turbulentos complejos presentes. El objetivo general propuesto en esta investigación es contribuir a mejorar el conocimiento de los procesos hidrodinámicos de flujos turbulentos naturales con y sin la presencia de estructuras hidráulicas que den lugar a formaciones complejas (3D). Para alcanzar este objetivo se propone realizar una recopilación de antecedentes y un análisis crítico detallado de los equipos de ultima generación para mediciones de flujo con alta frecuencia y resolución disponibles en el Laboratorio de Hidráulica (LH) de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC): ADV 3D (Acoustic Doppler Velocimeter de Sontek) y laser PIV 2D (Particle Image Velocimeter de Dantec). A estos equipamientos se le agrega un moderno equipo de generación bidimensional de oleaje con absorción dinámica (adquiridos a HR Ltd. en 2007 por el CAI 085 del FONTAR). Finalmente se prevé utilizar este equipamiento durante el desarrollo de experimentos y mediciones los cuales se realizarán sobre modelos físicos fluviales y costeros diseñados y construidos con y sin estructuras que interactúen con flujo turbulentos complejos. Los resultados obtenidos en este proyecto permitirá alcanzar una mejor comprensión de los procesos hidrodinámicos de los flujos turbulentos complejos, lo cual es necesario y de gran utilidad para realizar un manejo apropiado de los ambientes fluviales y marítimos, teniendo como campo directo de aplicación el correcto diseño de estructuras hidráulicas, asistiendo a la toma de medidas correctivas en sistemas naturales sometidos a procesos erosivos o de sedimentación, y contribuyendo de esta forma al manejo ambientalmente sustentable de los recursos.

Manual de procedimientos para el cálculo de lluvias de diseño – (escala provincial y nacional).

El diseño hidrológico se define como la evaluación del impacto de los procesos hidrológicos y la estimación de los valores correspondientes a las variables representativas con fines de diseño. Las pautas para establecer un valor de diseño para obras hidráulicas son el costo y la seguridad. Sobredimensionar las obras es antieconómico, en tanto que, si las estructuras se subdimensionan pueden fallar con resultados catastróficos. Los estudios dirigidos a determinar las crecidas de proyecto de diversas estructuras hidráulicas requieren series de datos históricos de caudal, pero esta información en nuestro país es poco frecuente. En esos casos, el análisis se hace sobre las precipitaciones causantes del fenómeno denominadas lluvia de diseño. El equipo responsable de este proyecto tiene una experiencia de investigación y desarrollo de más de 15 años en el tema. Por lo que el objeto de la presente propuesta es plasmar los avances alcanzados sobre las lluvias de diseño en un manual que permita brindar una herramienta técnica (a escala provincial y nacional) a los profesionales dedicados a la planificación, proyecto y construcción de obras hidráulicas.

Desarrollo sustentable de geoestructuras compuestas por suelo loéssico compactado mejorado con agregado de materiales estabilizantes. Sustainable development of compacted loess soil geo-structures with addition of stabilizing materials.

Los suelos estabilizados mediante compactación, permiten obtener materiales con ventajas ténicas y economicas en diferentes tipos de obras de ingeniería. Ejemplos de su uso se tiene en bases viales de autopistas, rutas o calles urbanas, pistas de aterrizaje, barreras de contención para enterramientos sanitarios o lagunas de estabilización, apoyos de plateas para fundación de edificios, losas industriales, entre otras aplicaciones. Las fallas en este tipo de construcciones pueden resultar en catástrofes ambientales, sociales y elevadas pérdidas económicas, por lo que resulta de gran importancia optimizar el diseño e incrementar la seguridad de este tipo de construcciones. Las obras con estas características involucran grandes volúmenes y/o superficies que requieren controles sistemáticos durante su desarrollo, a los fines de garantizar el cumplimiento de las propiedades de los materiales establecidos en la etapa de diseño. De esta forma, es necesario contar con ensayos de campo sencillos, confiables y eficientes que permitan identificar propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas. Las geoestructuras generadas mediante la compactación del suelo próximo al sector de construcción pueden funcionar adecuadamente, con reducidos costos de material y transporte. Su estabilización puede ejecutarse en forma natural, o con la incorporación de agregados minerales como bentonita, cal o cemento. Estas incorporaciones mejoran las propiedades hidráulicas y mecánicas del material, optimizando el comportamiento requerido para la obra. Para establecer la forma en la que estos minerales modifican el comportamiento del suelo local compactado deben realizarse investigaciones especiales con los materiales involucrados. En el ámbito internacional existen numerosas investigaciones sobre comportamiento de suelos compactados, no obstante, si bien aportan antecedentes para la planificación de estudios locales, sus resultados no pueden trasladarse de manera directa. Las características propias del suelo local constituye la principal variable debido a la diversidad en las propiedades geotécnicas de cada Región. Esta investigación, se focaliza en el empleo de suelos limosos de la formación loéssica de la zona central de Argentina. Los suelos de la llanura cordobesa poseen comportamientos particulares, los cuales son contemplados en los diseños presentados como resutado de las investigaciones internacionales. Esta particularidad se relaciona con su inestabilidad, lo que los clasifica como suelos colapsables. Los resultados obtenidos en este trabajo podrán ser extendidos a una gran superficie de la Provincia de Córdoba y a la Región Pampeana en general, a los fines de establecer recomendaciones de diseño y construcción para la confección de Pliegos de Especificaciones Técnicas de diferentes tipos de obras públicas y privadas. El estudio contempla la ejecución de un plan experimental a escala de laboratorio y campo. Los materiales corresponden a suelo limosos puros, y diferentes agregados tales como bentonita, cal y cemento. Se planifican ensayos para evaluar el desempeño del material, a partir de la confección de muestras preparadas con diferentes condiciones de compactación (energía, humedad y método), y en forma de mezcla con los distintos tipos de agregados. Se realizarán ensayos de permeabilidad en celdas de pared rígida y flexible, junto a ensayos mecánicos de compresión confinada, simple y triaxial. Para el trabajo experimental de campo se prevé la ejecución de terraplenes de prueba instrumentados con tensiómetros e infiltrómetros para evaluar el comportamiento hidraúlico en el tiempo, junto con ensayos de penetración y plato de carga para la caracterización mecánica. En forma conjunta se propone el desarrollo de modelos numéricos de caracterización hidromecánica. Stabilized soils by compaction, produce materials technical and economic advantages in different types of engineering works. For example, road bases in highways, roads or city streets, containment barriers for sanitary landfill or stabilization ponds, foundation support of building, industrial flat, and other applications. Failures can result in environmental catastrophes, social, and economic loss, so it is important to optimize the design and increase the safety of such buildings. These works involve large surfaces that require systematic tests during construction, so it is necessary to have simple field tests, reliable and efficient to identify physical, mechanical and hydraulic properties. The geo-structures generated by local soil compaction have reduced material and transportation costs. Stabilization can be naturally, or with the addition of mineral aggregates as bentonite, lime and cement. These additions improve the hydraulic and mechanical properties of the material. So, special investigations should be conducted with the materials involved. There are many international studies on compacted soils behavior but their results can not be transferred directly due to the particularities of regional soils. For this research silty soils of central Argentina are the main focus. The soils of Córdoba plains are instability, so are classified as collapsible soils. The results obtained in this work may be extended to a large area of the Province of Cordoba and the Pampas region in general, in order to establish design and construction recommendations. The study includes laboratory and field tests. The materials are pure silty soil, and different aggregates such as bentonite, lime and cement. Tests are planned to evaluate the performance. Laboratory includes rigid and flexible wall cells, confined, triaxial and simple compression tests. For field experimental instrumented embankments will be constructed. A numerical hydromechanical model will be developed.

Sinóptico del Towveyor

Aquest treball final de carrera es basa en la creació d'un sinòptic d'avaries que permeti a tots els treballadors de SEAT que estiguin en la nau de Premses de la Zona Franca visualitzar el motiu d'atur del Towveyor. Per tant, l'estudi queda centrat en les fases de la planificació, anàlisi, disseny, implementació, creació del prototip i testeig.

Construcció i explotació d'un magatzem de dades de planificació hidrològica

El projecte que constitueix la base de aquest TFC, consisteix en la construcció d'un magatzem de dades, com a eina de treball, per als tècnics de la Confederació Hidrogràfica Nord-Est (CHNE), que és l'entitat encarregada de la gestió de l'aigua i infraestructures hidràuliques del nord-est de la península ibèrica. Aquest magatzem ha de permetre automatitzar la recollida de la informació provinent de fulls Excel i explotar aquesta informació amb eines de Business Intelligence adients.

O Processo de Intrusão Salina a jusante da Bacia Hidrográfica da Ribeira Seca. A Inversão do Processo e Impactos da Barragem

Os recursos hídricos na Bacia hidrográfica da Ribeira Seca não têm sido explorados numa base auto-sustentável. Como consequência, verifica-se a deterioração da qualidade da água dos poços e dos furos como resultado da intrusão salina que chega a avançar à volta dos quatro quilómetros para o interior da bacia hidrográfica. Na tentativa de mitigar os efeitos de uma exploração desequilibrada dos recursos em água, muitos projectos de conservação do solo e água foram levados a cabo, destacando-se o Projecto de Desenvolvimento de Bacias Hidrográficas, “Watershed Development Project” – financiado no quadro da USAID na década de 80, (mais concretamente em 1984) e que contemplava todas as bacias hidrográficas da ilha de Santiago. As principais actividades levadas a cabo no âmbito do “Watershed Development Project” foram essencialmente as seguintes: 1. Infra-estruturas hidráulicas de captação, armazenamento, adução e distribuição de água para a rega e consumo doméstico; 2. Infra-estruturas de correcção do leito da ribeira, de espalhamento e recarga das águas de escoamento superficial; 3. Instalação de bombas eólicas para bombagem da água dos poços; 4. Adaptação ao regadio de terrenos de cultura e construção de terraços; 5. Arborização das encostas em dispositivos anti-erosivos (banquetas, muretes, caldeiras, etc.) 6. Sistemas de “water harvesting/runoff farming” (incluindo construção de grandes reservatórios, diques de captação de águas de escoamento superficial); 7. Plantação de feijão Congo (Cajanus cajan) em muretes e banquetas nas encostas. No quadro do projecto de Desenvolvimento de Bacias Hidrográficas, “Watershed Development Project”, dois projectos de luta contra a intrusão salina foram elaborados. Um dos projectos contemplou a Ribeira de Saltos e outro na Ribeira Seca. Só o da Ribeira de Saltos foi executado sob a orientação do coordenador técnico do projecto e os resultados, embora evidentes, estão sendo quantificados no âmbito de um trabalho por nós conduzido. O projecto de luta contra a intrusão salina na Ribeira Seca não foi implementado e bem assim, os projectos considerados no PDH-Ribeira Seca financiados no quadro da Cooperação Austríaca.Pretende-se com este trabalho de fim de curso não só analisar os efeitos da degradação ecológica dos terrenos de cultura localizados a jusante e submetidos à intrusão salina, como também, quantificar os impactos das infra-estruturas hidráulicas executadas a jusante da Ribeira Seca, mais concretamente, o efeito da construção da Barragem de Poilão na melhoria das condições hidrológicas do troço da bacia hidrográfica a jusante.

Pré-fabrica de edifícios com solução em lajes de vigotas treliçadas pré-fabricadas

Este trabalho pretende efectuar, numa primeira fase, uma análise descritiva e interpretativa relactiva a pré-fabricação de edifícios e apresentar, numa segunda fase, as principais soluções resultantes da utilização de lajes de vigotas treliçadas pré-fabricadas. Inicialmente é feito um enquadramento histórico, seguido da apresentação dos principais elementos estruturais pré-fabricados em betão armado e as possivéis soluções para a ligação entre os mesmos. Numa outra fase é analisada as principais disposições regulamentares, com enfâse aos eurocódigos 2 e 8 (EC2 e EC8), descrevendo quer os modelos de cálculo como os critérios de dimensionamento referidos nos mesmos regulamentos. É apresentada as principais soluções resultantes da aplicação de lajes de vigotas treliçadas pré-fabricadas a um caso prático, onde foram considerados os principais elementos estruturais pré-fabricados e as ligações entre os mesmos. Por fim, apresentam-se as principais conclusões relactivas a pré-fabricação de edifícios referidas nesse trabalho.

Corrosão das Armaduras em Betão Armado: Influência dos Agentes Cloretos da Carbonatação nas edificações de Cabo Verde

No mundo globalizado em que vivemos, o betão é um material utilizado em larga escala no mundo inteiro. Observa-se que nas diversas estruturas que fazem parte do quotidiano da população, sejam nos grandes centros urbanos, no meio rural, indústrias, estruturas públicas, vias de comunicação, portos e aeroportos; deparamos com a grande maioria das construções executadas em betão armado em condições degradantes. Os consumidores da construção civil, públicos e privados têm sofrido com a ausência de durabilidade das estruturas de betão armado. Edifícios comerciais, industriais e residenciais, de pequeno e grande porte, obras hidráulicas, no país e em todo mundo, com alguns anos de vida, podem apresentar manifestações patológicas relacionadas com uma ou mais formas de deterioração do betão armado sendo a corrosão das armaduras a mais predominante e preocupante. Salienta-se que a maioria das empresas não possui um plano de inspecção e manutenção preventiva e correctiva, as atenções são voltadas para as estruturas em betão somente quando se encontram falhas graves, e que colocam vidas humanas em risco.

Avaliação experimental de um modelo numérico para o processo de redistribuição da água no solo

Para testar o desempenho de um modelo numérico em predizer a variação em umidade (θ) e tensão da água (|ψm|) no tempo e no espaço, foram escolhidos dados da literatura de dois materiais porosos com diferentes propriedades hidráulicas: uma areia marinha (Tottori, Japão) e um Latossolo Vermelho-Amarelo de textura média (Piracicaba, SP). Os resultados encontrados levaram às seguintes conclusões: (a) em ambos os materiais porosos estudados, o desempenho do modelo foi altamente significativo, onde os perfis de umidade transladaram-se satisfatoriamente no tempo; (b) o modelo também foi capaz de prever muito bem o comportamento da densidade de fluxo em função do tempo; (c) os maiores desvios do modelo em relação aos dados de campo foram encontrados nos tempos iniciais do processo de redistribuição da água, muito embora esses desvios tenham ocorrido em apenas 0,2% do tempo total estudado no experimento em areia marinha e 2,0% para o Latossolo; (d) o desempenho do modelo foi ligeiramente superior para a areia marinha em relação ao Latossolo, devido, provavelmente, à maior homogeneidade nas propriedades hidráulicas da areia. Este trabalho foi realizado, no segundo semestre de 1996, na Universidade Federal do Paraná.

Efeitos de polímeros hidrorretentores nas propriedades físico-hídricas de dois meios porosos

Com o propósito de avaliar os efeitos de polímeros hidrorretentores nas propriedades físicas e hidráulicas de dois meios porosos, realizou-se um experimento no Laboratório de Física do Solo da Universidade Federal do Paraná, entre 18/03 e 30/10/97. O polímero hidrorretentor usado foi produzido na Bélgica e os meios porosos foram um Latossolo Vermelho textura argilosa e uma Areia Quartzosa Marinha, ambos na forma de TFSA. Os polímeros foram aplicados na forma de grãos passados em peneira de 0,5 e 1 mm de diâmetro, nas seguintes concentrações: 0, 2, 4, 8, 16 e 32 kg m-3. Foram elaboradas as curvas de retenção a baixas tensões (0; 0,025; 0,045; 0,10; 0,20; 0,60; 1,5 e 3,0 mH2O), medidas as condutividades hidráulicas saturadas e estimados os diâmetros médios de poros. O processo da evaporação de água do solo foi simulado por modelagem numérica. As curvas de retenção de água medidas e os perfis de umidade simulados da evaporação afastaram-se consideravelmente da origem (testemunhas) pela adição de polímeros, particularmente na Areia Quartzosa Marinha. O diâmetro médio de poros também aumentou progressivamente com o aumento da concentração de polímeros. Foi verificado que, nas concentrações de polímeros acima de 8 kg m-3, as propriedades físico-hídricas dos meios porosos foram dominadas pela ação dos polímeros hidrorretentores.