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Análise acoplada termo-hidráulica de problemas de fluxo em meio poroso não saturado.
(2018) Souza, Karla Baêta e; Nogueira, Christianne de Lyra; Nogueira, Christianne de Lyra; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Villar, Lúcio Flávio de Souza
Os fluxos de umidade e calor em meios porosos não saturados envolvem o movimento da água (líquida e vapor de água), do ar (seco ou dissolvido na água) e do calor que são induzidos pelos gradientes térmicos e de pressão (na fase líquida e gasosa) ao qual o meio poroso está submetido em condições ambientais. O modelo matemático que representa esse fenômeno físico inclui as equações de fluxo de água líquida, de gás e de calor, garantindo a conservação de massa de água e ar e conservação de energia térmica, levando em consideração os princípios hidráulicos e termodinâmicos que descrevem o equilíbrio entre a fase líquida (água líquida e ar dissolvido) e a fase gasosa (ar seco e vapor de água). Este trabalho apresenta uma formulação generalizada, completamente acoplada, do problema de fluxo termo-hidráulico em meios porosos não saturados, considerados indeformáveis, onde as fases se encontram em equilíbrio térmico. A formulação considera a pressão da água, a pressão do gás e a temperatura como variáveis primárias. O presente trabalho traz, ainda, a formulação utilizando o método das diferenças finitas para este problema em condições unidimensionais, a fim de modelar o processo de fluxo na interface solo-atmosfera. Exemplos de verificação envolvendo análises de fluxo em meio não saturado em condições isotérmicas e não isotérmicas são apresentados demonstrando a potencialidade do sistema computacional desenvolvido.
Análise de problemas de fluxo em meio poroso não saturado pelo método dos elementos finitos.
(2000) Machado Júnior, José Christiano; Nogueira, Christianne de Lyra
Os problemas de fluxo em solos são de grande importância na engenharia. Pode-se destacar, dentro da engenharia geotécnica, problemas relacionados à estabilidade de obras de terra como barragens de terra e pavimentos rodoviários; assim como, problemas relacionados à estabilidade de taludes e encostas. Pode-se, ainda, destacar os problemas relacionados à geotecnia ambiental como o transporte de contaminantes em solos e a estabilidade de estruturas de disposição de rejeitos de mineração. Para solos saturados, o tratamento do problema de fluxo é relativamente simples sendo baseado na Lei de Darcy, considerando a condutividade hidráulica constante independente do nível de sucção no solo. Para solos não saturados, verifica-se uma variação das propriedades hidráulicas do solo com o aumento da sucção. Devido a esta variação, o fluxo em solos não saturados constitui um problema não linear apresentando, quando possível, uma solução analítica complexa, o que exige alternativas mais elaboradas como as soluções numéricas baseadas nos métodos das diferenças finitas, elementos finitos e elementos de contorno. Este trabalho apresenta um modelo computacional em elementos finitos para a simulação do processo de fluxo em solos não saturados sob diferentes condições de contorno sem levar em conta a variação de volume e temperatura. São ressaltados alguns conceitos básicos relacionados ao processo de fluxo em solos não saturados, o equacionamento do problema e sua formulação via MEF. São apresentadas, ainda, a solução do problema no tempo, através do método das diferenças finitas, e a estratégia para o tratamento da não linearidade com a utilização do algoritmo preditor-corretor apresentado por Gerscovich (1994). Como aplicação do modelo desenvolvido, apresenta-se uma série de exemplos de validação unidimensionais e bidimensionais. Finalmente, apresenta-se um estudo de caso real e as conclusões e sugestões sobre o trabalho como um todo.
Análise dinâmica via MEF das vibrações induzidas pelo desmonte de rochas.
(2019) Zorzal, Caroline Belisário; Nogueira, Christianne de Lyra; Lima, Hernani Mota de; Nogueira, Christianne de Lyra; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Silva, Valdir Costa e
Desmonte de rochas por explosivos é a técnica mais usada na mineração para extração de rochas. Apesar de ser considerado um dos métodos mais rápidos e econômicos para se fragmentar e extrair rochas in situ, apenas uma parcela reduzida da energia gerada pelos explosivos é efetivamente utilizada na fragmentação. A energia remanescente é responsável pela geração de efeitos indesejáveis, tais como, as vibrações sísmicas do terreno. No que se refere à estabilidade e integridade do maciço rochoso e das estruturas adjacentes ao desmonte, esta vibração sísmica é o efeito mais crítico. A predição de velocidades de pico de partícula para desmontes de rocha por explosivos é fundamental para o entendimento e controle dos níveis de vibrações gerados e seus efeitos nas estruturas adjacentes. No entanto, a resposta de maciço rochoso aos esforços gerados por vibrações precisa ser melhor compreendida para que os níveis aceitáveis de vibrações sejam estimados com precisão. Esse estudo propõe avaliar as vibrações geradas por desmontes por meio de uma abordagem numérica. Com base numa formulação em deslocamento, foi implementado, dentro do programa ANLOG, um módulo de análise dinâmica tensão-deformação, via método dos elementos finitos, a fim de estimar as variações dos campos de deslocamento, velocidade e tensão induzidos por detonações. O módulo desenvolvido apresenta resultados satisfatórios para problemas de propagação de ondas elásticas quando comparados aos resultados obtidos analitica e numericamente disponíveis na literatura especializada. Os valores de velocidade de pico de partícula gerados a partir de desmonte de rochas por explosivos obtidos com o ANLOG apresentam boa concordância com valores estimados por meio de métodos empíricos e também com resultados numéricos disponíveis na literatura especializada.
Análise elastoplástica via MEF de problemas em solos reforçados.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Oliveira, Rodrigo Rodrigues Vieira de; Nogueira, Christianne de Lyra
Uma estrutura de solo reforçado (ESR) é um sistema composto que envolve basicamente três componentes: o solo, o reforço e a interface solo-reforço. O desempenho da estrutura reforçada irá depender da interação entre estes componentes. Essa interação pode ser estudada através do monitoramento de um grande número de ensaios em escala de campo, ensaios de laboratório em escala reduzida ou em ensaios em centrífuga. Entretanto, o custo associado ao monitoramento adequado desses ensaios é elevado, de difícil execução, o que torna esse procedimento limitado. As análises paramétricas, via o Método dos Elementos Finitos (MEF), apresentam um menor custo e são uma alternativa efetiva à realização de um grande número de ensaios. A aplicação do MEF permite com certa facilidade investigar a influência das diversas configurações do sistema reforçado (tipo e quantidade de elementos de reforço, distribuição espacial dos elementos de reforço na massa de solo, etc) no comportamento mecânico de uma ESR, possibilitando ainda a obtenção da resposta do sistema reforçado até a ruptura. Para modelar uma ESR, via MEF, é preciso adotar uma formulação que leve em consideração a não linearidade física dos materiais, e, por conseguinte, a utilização de processos de solução de sistemas de equações não lineares e de esquemas de integração de tensão que satisfaçam, a nível global e local, as condições de equilíbrio e as equações constitutivas, respectivamente. Assim, o presente trabalho trata de uma modelagem não linear física de uma ESR e envolve implementações computacionais de modelos constitutivos elastoplásticos para representar de forma idealizada o comportamento do solo e da interface solo-reforço, e de esquemas de integração das relações constitutivas para esses elementos. Os exemplos estudados pelas implementações numéricas realizadas sugerem que a metodologia pode ser aplicada à solução de problemas práticos da Engenharia Civil.
Análise inelástica e de segunda ordem de estruturas com restrições bilaterais e unilaterais de contato.
(2021) Silva, Jéssica Lorrany e; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Nogueira, Christianne de Lyra; Araújo, Francisco Célio de; Gonçalves, Paulo Batista; Ferreira, Walnório Graça
Este trabalho apresenta uma metodologia numérica com base em uma formulação em deslocamento para simular o comportamento não linear 2D de elementos estruturais em aço, de concreto e mistas de aço e concreto. São abordadas fontes de não linearidades, como: os efeitos de segunda ordem e a inelasticidade. Vale ressaltar a adoção do referencial corrotacional na formulação não linear geométrica de elementos finitos, baseadas na separação explícita entre movimentos de corpo rígido e os que causam deformação. A inelasticidade é modelada considerando a plasticidade concentrada nos nós dos elementos finitos. Assim, a simulação do comportamento não linear dos materiais, incluindo a determinação da capacidade resistente das seções é abordada através do Método de Compatibilidade de Deformações, onde as relações constitutivas dos materiais são utilizadas explicitamente. Além disso, a presente abordagem numérica não se limita a uma tipologia transversal específica e pode ser usada para análise de diferentes seções transversais. Em conjunto é realizado um estudo da resposta não linear de sistemas envolvendo a interação solo-estrutura (solo/rocha), com o intuito de fornecer uma modelagem numérica mais realística do problema de engenharia (estrutural/geotécnico). Essa interação pode ser considerada de duas formas diferentes em função da resposta do meio geológico, como: bilateral e unilateral. Finalmente, apresentam-se análises numéricas avançadas de estruturas de aço, de concreto e mistos de aço e concreto, para diferentes seções transversais; e análises de sistemas mecânicos com interação solo-estrutura. Os resultados obtidos são comparados com respostas numéricas e experimentais presentes na literatura. Verificou-se nos exemplos simulados que a formulação numérica proposta é estável com boa concordância com dados numéricos e experimentais da literatura.
Análise numérica de problemas de adensamento unidimensional não linear através do método das diferenças finitas.
(2017) Pereira, Ronald Dantas; Nogueira, Christianne de Lyra; Nogueira, Christianne de Lyra; Oliveira Filho, Waldyr Lopes de; Azevedo, Roberto Francisco de
Esta dissertação apresenta uma formulação através do método das diferenças finitas para análises não lineares, física e geométrica, do problema de adensamento unidimensional usando uma formulação Lagrangiana. A não linearidade física do material é levada em consideração pela relação não linear entre o coeficiente de permeabilidade e a tensão efetiva com o índice de vazios, definida como variável primária. A formulação numérica é implementada num código computacional escrito em linguagem de programação Fortran denominado AC-3.0 e o modelo numérico é verificado comparando os resultados numéricos, em termos de variação temporal da distribuição espacial do índice de vazios e variáveis secundárias ao longo da camada de solo mole, com os resultados analíticos e numéricos encontrados na literatura específica. É observada boa concordância entre os resultados analíticos e numéricos. Uma comparação entre as formulações geométricas lineares e não lineares destaca a importância da formulação não linear para problemas de adensamento de materiais compressíveis com alta distribuição de índice de vazios inicial.
Análise numérica do processo de ressecamento de um rejeito fino da mineração de ferro.
(2005) Almeida, Francisco Eduardo; Oliveira Filho, Waldyr Lopes de; Nogueira, Christianne de Lyra
Soluções analíticas para o processo de ressecamento de um solo fino mole de alta compressibilidade, como os rejeitos finos da mineração, são de difíceis obtenções, dado a não linearidade das propriedades constitutivas do material e a complexidade das condições de contorno, que influenciam as análises desse fenômeno. Assim, o emprego de modelos numéricos, para solução desses problemas, torna-se mais vantajoso. Esse artigo apresenta um modelo numérico para análises do processo de ressecamento de um rejeito fino proveniente do beneficiamento de minério de ferro. Com base na teoria proposta por Abu-Hejleh (1993) e implementado num programa computacional de diferenças finitas, esse modelo foi calibrado a partir dos dados de um estudo de ressecamento realizado, preliminarmente, em campo e de ensaios de laboratório, para a determinação dos parâmetros constitutivos do rejeito fino. A satisfatória concordância, entre os dados das simulações e os verificados no estudo em campo, atestou a precisão do modelo obtido na análise do ressecamento do material, indicando ser o mesmo aplicável a estudos futuros, que tenham, por objetivo, aumentar a eficiência do processo de ressecamento.
Análise numérica via MEF de problemas de adensamento devido à variação do nível d’água.
(2004) Pinto, Marcelo Antônio Furtado; Nogueira, Christianne de Lyra
O objetivo deste trabalho é apresentar uma formulação que resolva problemas de adensamento considerando o rebaixamento da superfície freática. Portanto, uma formulação acoplada baseada no método de elementos finitos foi desenvolvida para simular este fenômeno físico. Utilizando elementos isoparamétricos de oito nós para aproximar a carga total hidráulica e os deslocamentos como variáveis primárias, a formulação é verificada na solução de problemas sob condições transientes de fluxo e deformação.O modelo físico utilizado para representar o comportamento tensãodeformação é linear-elástico. A redução de permeabilidade devido às poro-pressões negativas, é considerada no presente trabalho. O processo de localização da superfície freática baseia-se no procedimento de fluxo residual (Desai, 1976 e Bathe,1982) e onde sua aplicação é discutida e verificada neste trabalho. Embora seja apresentado um esquema iterativo para solução do sistema de equações, neste trabalho o sistema algébrico é resolvido utilizando um esquema puramente incremental.São apresentados exemplos de validação, onde comparações entre soluções analíticas e numéricas são realizadas. Comparações com resultados do programa comercial da GEOSLOPE® International Ltd. também são apresentadas no presente trabalho.
Análise numérica via Mef de problemas poroelásticos.
(2022) Vasconcelos, Luma Alvarenga Carvalho de; Nogueira, Christianne de Lyra; Nogueira, Christianne de Lyra; Porto, Thiago Bomjardim; Santos, Tatiana Barreto dos; Jaques, Daniel Silva; Azevedo, Roberto Francisco de
A variação de volume sofrida por um meio poroso saturado e compressível origina-se da variação do estado de tensão, devido à variação das forças externas ou da condição da água subterrânea. Este fenômeno físico desempenha um papel muito importante em problemas geotécnicos relacionados ao petróleo e engenharia civil, mineração e geologia. Nesta tese, uma formulação acoplada em termos de deslocamento e poro-pressão via método dos elementos finitos considerando o efeito da compressibilidade dos grãos, e do esqueleto sólido e do fluido em meios poroelásticos é apresentada. Para fins de validação e aplicação, a formulação foi implementada no software ANLOG e então aplicada em problemas 1D, 2D e 3D. Quatro exemplos foram investigados: uma coluna poroelástica, o problema de Schiffman, o efeito Mandel e um talude carregado. Os resultados numéricos foram verificados a partir de soluções analíticas e outros resultados numéricos encontradas na literatura especializada, e uma boa concordãncia foi obtida entre eles.
Aplicações da análise limite numérica a problemas de estabilidade axissimétricos em geotecnia.
(2005) Ribeiro, Wagner Nahas; Araújo, Luiz Gonzaga de; Nogueira, Christianne de Lyra
A análise limite, via método dos elementos finitos (MEF), tem sido bastante empregada para solução de problemas de estabilidade em geotecnia. Nas formulações existentes, o problema de estabilidade é colocado como um problema de programação matemática, que pode ser linear ou não linear. Este trabalho apresenta uma formulação mista de análise limite, via MEF, para solucionar problemas de estabilidade em geotecnia sob condição axissimétrica, onde o problema de programação matemática resultante é tratado por métodos não lineares. O solo pode ser modelado como contínuo ou reforçado. Para discretização do contínuo são empregados elementos quadrilaterais de 4 nós. As interfaces (soloestrutura e solo-reforço) podem ser modeladas através de elementos de interface sem espessura de 4 nós. O reforço pode ser discretizado através de elementos especiais, sem espessura, de 2 nós. O solo e as interfaces são idealizados como rígido-plásticos perfeitos com lei de fluxo associado. Para o solo é empregado o critério de escoamento de Mohr-Coulomb e para as interfaces, o critério de Coulomb. Vários problemas de geotecnia (fundação superficial, escavação circular e fundação profunda) são estudados pela implementação numérica realizada, mostrandose o potencial da metodologia para a solução de problemas de Engenharia Civil.
Blast-induced ground vibrations : a dynamic analysis by FEM.
(2022) Zorzal, Caroline Belisário; Nogueira, Christianne de Lyra; Lima, Hernani Mota de
The peak particle velocities (PPV) are fundamental for understanding and managing the levels of blast-induced ground vibrations and their effects on adjacent structures. Given that numerical analysis of seismic vibrations has been demonstrated to be a method that can significantly contribute to predicting PPV, this study adopts a numerical approach using the finite element method (FEM) to assess blasting-induced ground vibration in rock masses. A dynamic module of the stress-strain analysis based on the FEM displacement formulation is developed in ANLOG software to estimate the variations of displacement, velocity, strain, and stress induced by blasting. The dynamic modulus implemented is verified using two verification examples. After, ANLOG is used in an application example to estimate seismic vibrations induced by blasting and to define the attenuation law for a limestone quarry near an urbanized area in Spain. The effect of Rayleigh damping coefficients (α and β) on the PPV levels estimated by ANLOG was investigated, and the most appropriate numerical attenuation law is then obtained. The numerical analysis presents satisfactory results for elastic-wave propagation induced by blasting and the peak particle velocity values obtained shows good agreement with field and the numerical results available in the specialized literature. The results indicate that ANLOG can perform personalized analysis of rock mass under blast-induced dynamic stress taking into consideration the geological and geomechanical characteristics particular to each medium as well as the blast parameters.
Coupled analyses of excavations in saturated soil.
(2009) Nogueira, Christianne de Lyra; Azevedo, Roberto Francisco de; Zornberg, Jorge Gabriel
This paper presents finite-element analyses of excavations by using a coupled deformation and flow formulation. Specific numerical procedures were implemented into the finite-element codes to simulate the excavation construction and to solve the nonlinear coupled system. The paper discusses results of two generic excavations, with analyses conducted using different constitutive models and different excavation rates. Although the constitutive model affected the magnitude and distribution of the excess of the pore-water pressure due to the excavation process, the constitutive models only slightly influenced the dissipation rate of the excess pore-water pressure. Excavation rates that were one order of magnitude smaller than the hydraulic conductivity of the soil led to results representative of drained processes. Because of the slow rate needed for drained conditions, partially drained conditions normally prevail during excavations, highlighting the importance of coupled analyses.
Coupled numerical simulation of a tailings deposit by FEM.
(2019) Braga, Ana Luiza Coelho; Nogueira, Christianne de Lyra
Researchers have found that a valuable alternative for predicting the mechanical behavior of landfill construction is numerical simulation based on the finite element method. The results of such a numerical simulation for a sandy tailings deposit from the iron mining coupling flow and deformation are presented herein. This study investigates the influence of the construction rate, drainage system, and anisotropy of permeability on the magnitude of pore pressures generated during the construction process. The study also presents the results from different analyses considering different constitutive models including elastic, nonlinear elastic and nonlinear elastoplastic. In obtaining the constitutive parameters, the numerical results highlight the importance of having a more detailed set of conventional triaxial compression tests. Also highlighted by the numerical results is the importance of having an efficient drainage system and the necessity of taking into account the water level variation in the hydromechanical behavior of numerical simulations of landfills that are hydraulically constructed.
Desempenho de sistemas de cobertura por meio de modelagem numérica bidimensional para uma pilha de resíduo de bauxita filtrado.
(2023) Silva Junior, Gedeon Carlos da; Souza, Felipe Ribeiro; Nogueira, Christianne de Lyra; Souza, Felipe Ribeiro; Nogueira, Christianne de Lyra; Maia, Karla Cristina Araújo Pimentel; Lima, Hernani Mota de
O fechamento de estruturas geotécnicas é uma das etapas obrigatórias em qualquer empreendimento mineral. Um dos principais objetivos de qualquer fechamento desse tipo é a garantia da estabilidade física, química e biológica de longo prazo, com integração ao ambiente de maneira harmoniosa e redução dos impactos associados às atividades minerárias. Nesse sentido, a utilização de sistemas de cobertura se destaca como uma das estratégias mais eficientes para minimizar os impactos ambientais das estruturas de disposição de rejeitos. Este trabalho apresenta análises numéricas de interação solo-planta-atmosfera bidimensionais realizadas no software Seep/W 2023.1 para avaliar o desempenho de diferentes sistemas de cobertura para uma pilha de resíduo de bauxita não inerte filtrado. Para isso, inicialmente foram interpretados ensaios para definição dos parâmetros dos materiais disponíveis para cobertura, além da compilação de dados climáticos e estabelecimento de parâmetros da vegetação. Posteriormente, análises de sensibilidade realizadas avaliaram o refinamento da malha de elementos finitos dos modelos, características da vegetação e variação da geometria. Por fim, análises de cenários de cobertura indicaram que para o clima semiárido sistemas simplificados possuem bom desempenho, entretanto para o clima tropical amazônico apenas sistemas robustos formados por grandes espessuras de barreiras hidráulicas, ou pela utilização de geossintéticos, ou ainda pela utilização de sistemas compostos por barreiras hidráulicas e barreiras capilares, conseguiriam reduzir a infiltração líquida aos valores objetivados na análise. A utilização de modelos numéricos para a avaliação do desempenho de sistemas de cobertura se mostrou eficaz para realização de um primeiro filtro de todas as alternativas estudadas, além de possibilitar o entendimento, a partir de análises de sensibilidade, dos parâmetros e características que mais influenciaram nos resultados.
Estudo numérico de problemas de estabilidade em solos reforçados via análise limite.
(2001) Sousa, Liliane Stela Maris Rocha de; Araújo, Luiz Gonzaga de; Nogueira, Christianne de Lyra
Este trabalho apresenta um estudo de problemas de estabilidade em meios contínuos, fraturados ou reforçados pela técnica da Análise Limite, via Método dos Elementos Finitos (MEF). A formulação implementada, baseada no método de equilíbrio, fornece um Limite Inferior da carga de colapso para problemas geotécnicos, sob condição de deformação plana. A formulação para meios fraturados pelo modelo contínuo equivalente considera problemas que apresentam uma ou mais famílias de descontinuidades. No modelo discreto de juntas são considerados os problemas que apresentam uma ou mais (poucas) descontinuidades. Os problemas em solo reforçado são estudados por dois modelos distintos. O primeiro é o modelo do contínuo equivalente, que modela o solo reforçado como um contínuo anisotrópico. O segundo é o modelo discreto, que modela o solo e o reforço individualmente. Ambos modelos consideram reforços planos de espessura desprezível. O problema de programação matemática resultante da formulação foi aproximado por um problema de Programação Linear (PL). Vários exemplos são estudados pela implementação realizada, onde a solução numérica é comparada com outras encontradas na literatura técnica, obtidas pelas vias analítica e numérica.
Estudo numérico do comportamento mecânico de pilhas de estéril de mineração.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2011) Teixeira, Marcílio Baltazar; Nogueira, Christianne de Lyra
O objetivo desta dissertação consiste na aplicação do método dos elementos finitos (MEF), através da utilização do programa computacional ANLOG (Análise Não Linear de Obras Geotécnicas), para análise do comportamento mecânico, sob condição de equilíbrio estático e deformação plana, de pilhas de estéril de mineração, realçando os aspectos relacionados à geometria, às condições de contorno, às propriedades constitutivas (tanto do material da pilha quanto do terreno de fundação) e ao processo construtivo. Este trabalho visa contribuir para o maior entendimento do comportamento mecânico das pilhas de estéril (aterros) de modo a colaborar para a elaboração de projetos mais seguros e viáveis. Para representação do comportamento constitutivo foram adotados os modelos: linear-elástico e elástico perfeitamente plástico adotando o critério de Mohr-Coulomb modificado. No que diz respeito à simulação do processo construtivo adota-se a técnica de “ligar a gravidade” juntamente com o procedimento da malha dinâmica. Algumas análises preliminares são apresentadas com o objetivo de verificar a utilização do programa computacional ANLOG na análise tensão- deformação deste tipo de obra geotécnica. Neste caso, optou-se por apresentar situações as quais possuíam solução analítica e/ou numérica conhecida e disponível na literatura. Em seguida, considerando as normas reguladoras de mineração no que diz respeito à elaboração e apresentação de projeto de disposição de estéril em pilha, várias configurações geométricas de pilhas de estéril, dispostas em encostas e construídas pelo método ascendente, foram analisadas com o intuito de avaliar a aplicação destas normas reguladoras e verificar o comportamento das pilhas á luz da análise elastoplástica de equilíbrio estático. Por fim, um estudo de caso da pilha de estéril de Mont Jardin da Nickel SLN em New Caledonia é apresentado e os resultados desta análise numérica são comparados com os resultados obtidos por Omraci et al. (2002).
FE prediction of bearing capacity over reinforced soil.
(2007) Nogueira, Christianne de Lyra; Oliveira, Rodrigo Rodrigues Vieira de; Araújo, Luiz Gonzaga de; Faria, Patrícia de Oliveira; Zornberg, Jorge Gabriel
This paper presents the numerical simulation using an elastoplastic analysis of the bearing capacity of shallow foundations. The problem involves axisymmetric conditions on reinforced soil using finite element method (FEM). The foundation soil is modeled as a nonassociative elastoplastic Mohr-Coulomb material. The reinforcement is modeled as a linear elastic material. The ultimate bearing capacity obtained in this study is compared to solutions obtained using limit equilibrium and limit analysis. A parametric study was conducted for different configurations of reinforcement for a special case of frictionless foundation soil. The numerical results show good agreement with analytical results indicating the suitability of the numerical model used in this study and implemented into the code ANLOG - Non-Linear Analysis of Geotechnical Problems.
Formation of secondary containment systems using permeation of colloidal silica.
(2011) McCartney, John S.; Nogueira, Christianne de Lyra; Homes, Daniel; Zornberg, Jorge Gabriel
U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) regulations require the capture of spills from liquid tanks containing hazardous chemicals by using a secondary containment system. Compacted clay or geomembrane liners are commonly used in secondary containment systems, but they are cumbersome when used in conjunction with existing liquid tanks because of pipeline networks surrounding the tanks. This study evaluates the formation of hydraulic barriers for secondary containment through the permeation of colloidal silica grout. A simplified infiltration model is presented to predict the downward movement of the colloidal silica grout into a soil layer, considering the timedependent increase in dynamic viscosity of the colloidal silica for different concentrations of an electrolyte accelerator. Because the simplified infiltration model cannot predict the soil-grout interaction or the permeation of the colloidal silica by fingering, its results were calibrated by using the observations from a large-scale column test involving the permeation of colloidal silica into sand. The predicted position of the wetting front was found to match that of the experiment when the parameter governing the change in viscosity of the colloidal silica was increased by a factor of 30. The infiltration model calibrated with observations from column infiltration experiments provides a simple approach to the design of the secondary containment systems using permeation of colloidal silica.
Formulação numérica, via MEF, de problemas de adensamento considerando a variação do nível d'água.
(2005) Pinto, Marcelo Antônio Furtado; Nogueira, Christianne de Lyra
Esse artigo apresenta a formulação isoparamétrica, via MEF, de problemas de adensamento devido à variação do nível d'água em termos das variáveis primárias: deslocamentos e carga hidráulica total. A superfície livre, durante o regime de escoamento transitório, é considerada como um contorno móvel e, para sua localização, é adotado o processo de fluxo residual. A estratégia de redução da permeabilidade, necessária para minimizar o fluxo nas regiões com poro-pressões negativas, foi adotada nesse artigo. O modelo numérico apresentado foi implementado no programa computacional ANLOG para solução de problemas em estado plano de deformação. São apresentados exemplos que validam a formulação apresentada.
Isotropic work softening model for frictional geomaterials : development based on lade and kim constitutive soil model.
(2008) Yang, Kuo Hsin; Nogueira, Christianne de Lyra; Zornberg, Jorge Gabriel
An isotropic softening model for predicting the post-peak behavior of frictional geomaterials is presented. The proposed softening model is a function of plastic work which can include all possible stress-strain combinations. The development of softening model is based on the Lade and Kim constitutive soil model but improves previous work by characterizing the size of decaying yield surface more realistically by assuming an inverse sigmoid function. Compared to original softening model using the exponential decay function, the benefits of using the inverse sigmoid function are highlighted as: (1) provide a smoother transition from hardening to softening occurring at the peak strength point, and (2) limit the decrease of yield surface at a residual yield surface, which is a minimum size of yield surface during softening. The proposed softening model requires three parameters; each parameter has it own physical meaning and can be easily calibrated by a triaxial compression test. Data from triaxial compression testing on Monterey No. 30 sand is applied to demonstrate the calibration procedure and examine the variation of model parameters with different loading conditions. Results show all parameters are highly correlated to confining pressures. The proposed softening model can provide a useful tool for evaluating those structures on which the post-peak behavior of frictional materials should be emphasized, e.g. earth structures under large loading or deformation conditions or the structures having an intensive soilstructures interaction, etc.