DECIV - Departamento de Engenharia Civil
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Item Modelagem numérica não linear física via MEF de estruturas de solos reforçados.(2003) Pereira, Anderson Resende; Nogueira, Christianne de Lyra; Araújo, Luiz Gonzaga de; Azevedo, Roberto Francisco deUma estrutura em solo reforçado é o resultado da associação do solo com um material capaz de resistir a determinados esforços a fim de melhorar suas características. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um modelo computacional, baseado no método dos elementos finitos, para previsão do comportamento mecânico de estruturas de solos reforçados usando uma representação discreta. Neste caso, a representação do comportamento do solo é feita com a utilização do elemento plano (Q8), para o reforço o elemento unidimensional (B2) e (B3) e para as interfaces o elemento de interface (I6) com espessura nula. As implementações computacionais são validadas através de exemplos encontrados na literatura do assunto. Finalmente, a nova versão do programa ANLOG é utilizada para a simulação de um problema estudado com a versão anterior. O problema em questão é a análise de um muro de arrimo reforçado com geotêxteis.Item Influência do teor de ferro na condutividade hidráulica saturada de um rejeito de minério de ferro.(2004) Santos, Alexandre Gonçalves; Ribeiro, Luís Fernando MartinsAtualmente o crescente aumento do volume de rejeitos gerados pelo aproveitamento de minerais com teor de ferro cada vez mais baixo, tem motivado as mineradoras a adotar como solução principal para disposição destes rejeitos a técnica do aterro hidráulico. Esta metodologia tende a gerar incertezas relacionadas às características do rejeito e ao processo de deposição na praia. Considerando este método construtivo, o rejeito de minério de ferro é lançado de forma aleatória sem controle das variáveis que atuam nas operações de descarga. Assim, é possível encontrar regiões na barragem com altas concentrações de ferro e que alteram as propriedades geotécnicas deste material. Estas zonas são formadas devido ao processo de segregação que ocorre na praia durante o lançamento e tendem a apresentar diferentes propriedades geotécnicas devido principalmente às diferenças no valor da densidade e granulometria do depósito formado. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa constituiu no estudo do comportamento do rejeito em função das porcentagens de ferro verificando suas variações na condutividade hidráulica saturada através de ensaios de laboratório e de campo. Deste modo, foram realizados ensaios para verificar a influência das partículas de ferro no valor da condutividade hidráulica saturada, analisado o efeito ao longo da distância ao ponto de lançamento. Estes parâmetros foram obtidos utilizando-se amostras do ensaio de simulação de deposição hidráulica (RIBEIRO, 2000) além de análises da condutividade hidráulica saturada no campo. Com base nos resultados obtidos foram observadas relações entre as variáveis de deposição e a condutividade hidráulica saturada considerando as características do depósito formado (granulometria, densidade e teor de ferro). O aspecto mais importante deste trabalho refere-se à influência da segregação hidráulica na condutividade hidráulica deste rejeito, preponderantemente influenciada pelo peso da partícula gerando uma significativa alteração no gradiente de permeabilidade ao longo do caminho de deposição a partir do ponto de lançamento.Item Estudos do processo de ressecamento de um rejeito fino de minério de ferro em uma área teste.(2003) Silva, Daviély Rodrigues; Oliveira Filho, Waldyr Lopes deA crescente necessidade de se explorar os recursos minerais de forma a sustentar o progresso tecnológico tem feito da armazenagem dos rejeitos destas explorações um problema cada vez mais importante, sobre tudo por causa das enormes preocupações ambientais existentes nos nossos dias. O dimensionamento dos reservatórios que recebem esses rejeitos, normalmente lamas muito moles, requer o conhecimento das características de deposição do material que se dá, usualmente, através de um processo acoplado de sedimentação e adensamento devido ao peso próprio. Com a exposição deste material às condições climáticas, ocorre o fenômeno do ressecamento. No final desse processo, a área de deposição do rejeito está pronta para ser reabilitada uma vez que este se encontra estável. O trabalho investiga a influência das condições de contorno e do material no processo de ressecamento de rejeitos finos numa situação de campo, através da monitoração das variáveis climáticas e do material. Para a concretização deste estudo, no caso do rejeito fino de mineração de ferro, construiu-se uma área teste onde este material foi depositado sob a forma de lama e cuja camada formada foi instrumentada e monitorada durante a ocorrência dos processos de sedimentação e adensamento e, principalmente, durante a fase de ressecamento. A utilização de uma estação meteorológica e as considerações de um modelo hidrológico de evaporação potencial comparada com evaporação efetiva foram muito importantes para a determinação da condição de contorno da superfície. Na monitoração das variáveis do solo, uma técnica considerada de ponta no Brasil foi utilizada para medir diretamente o teor de umidade volumétrica. A técnica do TDR (Time Domain Reflectometry) e o seu desempenho foram analisados frente às técnicas normais de determinação desta variável. Os resultados obtidos permitiram a determinação de propriedades constitutivas de ressecamento e a descrição do comportamento do material, que serão úteis em uma análise futura, seja para calibração de um modelo numérico, seja para definição de esquemas de disposição de rejeitos sujeitos ao ressecamento.Item 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 LyraEste 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.Item Caracterização geológico-geotécnica e propostas de estabilização da encosta do Morro do Curral – Centro de Artes e Convenções de Ouro Preto.(2000) Fernandes, Gilberto; Sobreira, Frederico Garcia; Gomes, Romero CésarO presente trabalho objetivou a determinação de parâmetros geomecânicos para subsidiar projeto conceitual de soluções de estabilização do maciço rochoso da encosta Morro do Curral – Centro de Artes e Convenções de Ouro Preto, localizada na área urbana da cidade de Ouro Preto (MG). Para alcançar esta meta, foram realizados levantamentos de campo para caracterização geológico-geotécnica do local. Realizou-se também ensaios geotécnicos de laboratório. Estes ensaios compreenderam ensaios de caracterização (solos e rochas) e de resistência das rochas, destacando-se os ensaios puntiforme e de cisalhamento direto. O conhecimento das características intrínsecas do maciço rochoso, aliadas aos resultados dos ensaios de laboratório, permitiram a aplicação das classificações geomecânicas ao maciço, que foi subdividido em vinte setores. Os índices geomecânicos obtidos destas classificações possibilitaram a obtenção de correlações com parâmetros do maciço rochoso de interesse à obra (deformabilidade e resistência). Posteriormente, analisou-se a estabilidade e foram caracterizadas as rupturas dos diversos setores, através de análises cinemáticas convencionais e comparação entre os resultados obtidos e os processos de instabilização observados em campo. Por fim, apresenta-se uma solução conceitual de obras de estabilização da encosta no maciço de xisto da Formação Sabará, visando a segurança da área e o baixo custo de implantação.Item Análise numérica via MEF de problemas de adensamento devido à variação do nível d’água.(2004) Pinto, Marcelo Antônio Furtado; Nogueira, Christianne de LyraO 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.Item Aplicações da análise limite numérica a problemas de estabilidade axissimétricos em geotecnia.(2005) Ribeiro, Wagner Nahas; Araújo, Luiz Gonzaga de; Nogueira, Christianne de LyraA 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.Item Avaliação do comportamento geotécnico de barragens de rejeitos de minério de ferro através de ensaios de Piezocone.(2004) Albuquerque Filho, Luiz Heleno; Gomes, Romero CésarA mineração constitui a atividade industrial com maior potencial de degradação e agressão ao meio ambiente. Os riscos associados à eventual ruptura das barragens de contenção dos rejeitos de mineração representam uma grande preocupação dos órgãos governamentais e privados, pelos graves prejuízos econômicos, ambientais e humanos relacionados a estas possíveis ocorrências. Nesse sentido, o conhecimento do comportamento geotécnico dos rejeitos constitui um elemento fundamental para garantia de segurança e estabilidade das barragens de rejeitos, principalmente nas estruturas de contenção alteadas para montante com a utilização dos próprios rejeitos granulares através da técnica do aterro hidráulico. Assim, diversas metodologias de laboratório têm sido desenvolvidas em todo o mundo avaliando a influência do teor e da composição mineralógica do minério lavrado, dos processos de beneficiamento, das formas de descarga da polpa e da segregação hidráulica na magnitude dos parâmetros geotécnicos dos rejeitos de minério de ferro. Entretanto, a composição majoritariamente granular dos rejeitos e as conseqüentes dificuldades associadas ao processo de coleta de amostras indeformadas motivaram a utilização de ensaios de campo para avaliação do comportamento geotécnico de barragens de rejeitos de minério de ferro. Neste contexto, a proposta desta dissertação consistiu na implementação de um programa de investigação geotécnica de barragens de rejeitos de minério de ferro do Quadrilátero Ferrífero através da execução de ensaios de piezocone (CPTU). Estas análises tiveram por finalidade avaliar a composição e a distribuição granulométrica dos rejeitos ao longo da profundidade e a determinação dos parâmetros de resistência e das condições de fluxo dos depósitos de rejeitos.Item Estudo do potencial de liquefação de rejeitos de minério de ferro sob carregamento estático.(2005) Pereira, Eleonardo Lucas; Gomes, Romero César; Ribeiro, Luís Fernando MartinsA região conhecida como Quadriláreto Ferrífero, no estado de Minas Gerais, compreende uma área aproximada de 7000 km² e é caracterizada pela sua enormidade de riquezas minerais, com destaque para as imensas reservas de minério de ferro. A exploração sistemática desses minerais, proporcionada pelos investimentos em tecnologias, vem trazendo, além de um ganho em produtividade, uma geração cada vez maior de rejeitos gerados no processo. A estocagem ou a disposição desses rejeitos constitui uma problemática à parte, uma vez que exige cuidados quanto à segurança e estabilidade dos depósitos. Os riscos relacionados a eventuais rupturas desses sistemas de contenção podem representar consideráveis prejuízos de ordem ambiental. Além da possibilidade de saturação completa, os rejeitos granulares dispostos podem também apresentar densidades relativamente baixas, favorecendo, desta forma, a ocorrência de fenômenos associados à liquefação. Nesse sentido, o conhecimento dos mecanismos de rupturas dos sistemas de contenção de rejeitos, associadas à liquefação, constitui uma condição relevante para a garantia de condições de segurança e, consequentemente, redução de impactos ambientais negativos causados por eventuais rupturas desses sistemas. O fenômeno da liquefação está diretamente relacionado à perda repentina da resistência dos materiais granulares, fofos e saturados, induzida por uma redução significativa das tensões efetivas e, em conseqüência, por um desenvolvimento de elevadas poropressões. O mecanismo, em muitos casos, é causado pelos efeitos de vibrações, associadas os eventos sísmicos ou detonações. Por outro lado, em regiões assísmicas, caso do Quadrilátero Ferrífero, o fenômeno pode ocorrer mesmo sob carregamentos estáticos. Para a investigação da susceptibilidade à liquefação dos rejeitos granulares de minério de ferro, foram coletadas amostras em seis diferentes sistemas de contenção da região do Quadriláreto Ferrífero e realizado um amplo programa experimental. Os estudos consistiram de séries de ensaios triaxiais não-drenados, em amostras adensadas isotropicamente. Os resultados obtidos são apresentados e discutidos nesta dissertação, constatando-se a possibilidade de ocorrência do fenômeno em rejeitos de minério de ferro e demonstrando a consistência das metodologias de avaliação adotadas.Item Balanço hídrico do bota-fora BF4 da mina Osamu Utsumi, INB, como subsídio para projetos de remediação de drenagem ácida.(2005) Fagundes, Júnio René Toledo; Leite, Adilson do Lago; Mello, Carlos Eduardo Ferraz deA Mina Osamu Utsumi, localizada no município de Caldas/MG, é pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil (INB), de onde extraiu-se urânio desde 1982 até 1996. A exploração da mina teve início em 1977, com o decapeamento do material sotoposto à jazida de urânio. Os resíduos gerados a partir deste processo eram, por decisões de planejamento, dispostos em locais denominados bota-foras, lançados segundo o método ponta de aterro, sem nenhuma selagem de base. Segundo maior depósito de estéreis da INB, o bota-fora BF4 representa o foco de estudo deste trabalho. Constituindo um dos grandes responsáveis para o volume total dos efluentes ácidos que são tratados pela INB, os contribuintes hídricos para a geração de drenagem ácida (DAM) em sua região de abrangência são ainda desconhecidos. Sendo a DAM um problema de origem hídrica, e considerando o grande número de informações meteorológicas disponibilizado pelo Laboratório de Controle Ambiental da INB (LCA/INB), o presente trabalho teve como objetivo principal a obtenção do balanço hídrico na região do bota-fora BF4. Seus resultados serviriam, em princípio, como um instrumento preliminar de investigação dos principais componentes hídricos causadores da DAM no local, além de fornecer subsídios técnicos para futuras intervenções remediadoras. Registros históricos de precipitação, velocidade dos ventos, temperatura, umidade etc, juntamente com dados de vazão dos efluentes ácidos do BF4 foram utilizados neste balanço hídrico. A evapotranspiração foi obtida com a utilização do modelo matemático proposto por Penman. Além disso, algumas hipóteses foram consideradas e assumidas nos cálculos. Os resultados obtidos indicaram a chuva como o principal contribuinte para a formação da DAM no BF4, o que concorda com medidas que visem a redução da infiltração neste bota-fora.