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Modelação de Propagação de Ondas – Dynamic Behaviour of Soil in True Triaxial Apparatus

Apresentação

Foi na FEUP que no passado dia 17 de julho de 2014. a candidata Ana Rita Silva apresentou o seu trabalho de mestrado com o título “Numerical Modelling of the Dynamic Behaviour of a Soil in True Triaxial Tests with Bender Elements”, relacionado com a modelação de propagação de ondas. O arguente foi o Prof. Erdin Ibraim da Universidade de Bristol. A Presidente do júri foi a Prof. Joana Sousa Coutinho, sendo a equipa de orientadores formada pela Prof. Cristiana Ferreira e por mim, João Rio. Note-se que embora a apresentação tenha sido feita em Português para beneficio da assistência, a tese e a arguência foram realizadas em inglês.

Ana Rita Silva a Apresentar Modelação de Propagação de Ondas

Ana Rita Silva a Apresentar

O trabalho da Ana Rita foi feito no seguimento e junção dos trabalhos de doutoramento da Cristiana Ferreira (tese), e do João Rio (tese), em que o FLAC3D da Itasca foi utilizado para modelar a propagação de ondas geradas e recebidas por Bender Elements.

Modelação de Propagação de Ondas

O comportamento dinâmico de um solo depende das suas propriedades inerentes, nomeadamente rigidez, índice de vazios, estado de tensão, anisotropia, heterogeneidade, estrutura natural, fábrica, condições de saturação, entre outras.
É precisamente este comportamento que se pretende estudar para o caso do solo residual de granito do Porto, um material geotécnico com um comportamento mecânico complexo. Para esse fim, foi efetuada uma investigação experimental detalhada, em condições verdadeiramente triaxiais com medição das velocidades das ondas sísmicas por meio de bender elements e tendo em consideração trabalhos anteriores relacionados com a caracterização geomecânica destes solos, bem como a natureza particulada dos solos em geral.

Aparatus verdadeiramente triaxial

Aparatus verdadeiramente triaxial

Em complemento a essa investigação e no âmbito deste trabalho, procedeu-se à modelação numérica do comportamento desse solo, em condições tridimensionais, num programa de diferenças finitas, nomeadamente o FLAC3D, através de um modelo inspirado no equipamento verdadeiramente triaxial, anteriormente utilizado, cujas vantagens principais residem na sua simplicidade, versatilidade e possibilidade de medição direta das velocidades das ondas sísmicas, não apenas nas três direções principais, mas também em direções inclinadas.
Este estudo implica o estabelecimento e definição do modelo numérico do equipamento, bem como a implementação de bender elements nas suas faces, de modo a avaliar a influência da geometria cúbica, das condições fronteira (paredes rígidas versus flexíveis) e do estado de tensão tridimensional na medição e interpretação das ondas sísmicas, com vista à validação dos parâmetros de rigidez obtidos experimentalmente.

FLAC3d Numerical Model
FLAC3d Numerical Model

Para este fim, foi efetuada uma série de estudos paramétricos e de sensibilidade, considerando o modelo constitutivo elástico linear, com carregamento isotrópico, no programa previamente mencionado, de modo a avaliar a influência de cada parâmetro na modelação do equipamento verdadeiramente triaxial, bem como os valores mais adequados para a sua correcta validação. Estes parâmetros são: time step, amplitude, freqência, amortecimento, coeficiente de Poisson e, finalmente, condições-fronteira e o modelo constitutivo transversalmente isotrópico ou anisotrópico (de anisotropia cruzada). Finalizados estes estudos, procedeu-se à comparação e validação dos resultados numéricos com os resultados laboratoriais previamente obtidos por Ferreira (2009), relativamente a amostras de solos residuais de granito do Porto. Por restrições de tempo, apenas houve possibilidade de estudar as amostras secas (w ≈ 0%), nomeadamente, R8D-TT e R4D-K0TT.

parametric study poisson

Avaliação orientação de fibras em BEDRF por técnicas não destrutivas, ASCD2013

No dia 28 de Junho, o colega, e primeiro autor, Diogo Azevedo apresentou o trabalho “Avaliação da orientação de fibras em BEDRF através de técnicas não destrutivas” no 3º Congresso Nacional sobre Segurança e Conservação de Pontes – ASCP2013; e cujos restantes autores foram Filipe Ribeiro, Adriano Carvalho, eu João Rio e Sandra Nunes.
O artigo é fruto do trabalho desenvolvido no seio da unidade de investigação LABEST, para o projeto FCT PTDC/ECM/122446/2010 Betofibra – Betões de elevado desempenho reforçado com fibras em soluções inovadoras: concepção, caracterização e controlo de qualidade, link FCT, link FEUP, link LABEST.
A apresentação e o artigo apresentam alguns resultados iniciais de vários ensaios por métodos não destrutivos (NDT) para avaliar a distribuição e orientação de fibras numa laje de BEDRF. Foram aplicadas as técnicas dos ultrassons, resistividade eléctrica e indutância elétrica e foi avaliado o desempenho de cada ensaio por si, assim como o seu desempenho relativamente aos restantes. Os resultados indicam preliminarmente que os três métodos de ensaio se mostraram sensíveis à distribuição e orientação das fibras com destaque para a indutância elétrica.

orientação de fibras

Mapas de permeabilidade magnética segundo 2 direções ortogonais de placa de betão para avaliar orientação de fibras

Descrição

O Betão de Elevado Desempenho Reforçado com Fibras (BEDRF) é encarado como uma extensão de três materiais conhecidos, nomeadamente, o Betão de Elevado Desempenho, o Betão Reforçado com Fibras e o Betão Auto-Compactável. Caracteriza-se pela sua elevada resistência mecânica, o comportamento dúctil potenciado pela inclusão de fibras, baixa relação água/cimento, grande densidade de empacotamento, elevada resistência à penetração de agentes agressivos e grande durabilidade. O seu elevado custo dificulta uma utilização generalizada em estruturas correntes, no entanto, estes betões especiais podem ser competitivos em estruturas com necessidades específicas, como por exemplo, peso reduzido, rapidez de construção ou resistência a agentes agressivos. A utilização do BEDRF em elementos pré-fabricados permite evitar/reduzir o uso de armaduras ordinárias devido à resistência à tracção conferida pelas fibras de aço, o que conduz a elementos mais delgados e leves. No que se refere à reparação/reabilitação, o BEDRF aplicado em camadas finas (com ou sem armadura) permite substituir camadas carbonatadas e/ou fissuradas por uma nova camada muito resistente e impermeável.
A distribuição homogénea das fibras bem como a orientação das mesmas no elemento de BEDRF são questões com grande relevância para o desempenho estrutural. Neste trabalho, foram realizados vários ensaios por métodos não destrutivos (NDT) para avaliar a distribuição e orientação das fibras numa laje de BEDRF. Foram aplicadas as técnicas dos ultra sons, resistividade eléctrica e indutância elétrica e foi avaliado o desempenho de cada ensaio por si, assim como o seu desempenho relativamente aos restantes.

RESULTADOS RELEVANTES

De modo a assegurar as propriedades de auto-compatibilidade, exigiu-se que a composição de referência (sem fibras) exibisse um diâmetro de espalhamento (Desp) próximo dos 300 mm, seguindo as conclusões alcançadas por Naaman [2010]. Nos ensaios aqui apresentados utilizou-se uma composição com 3% de fibras de 6 mm de comprimento na betonagem de um provete de dimensões 1000x500x25mm3. Foi tentada uma orientação preferencial das fibras ao verter o betão fresco a partir de uma das extremidades do molde, de forma a fluir ao longo do mesmo.
Os menores tempos de viagem das ondas P e maiores valores da permeabilidade magnética medidos na direção longitudinal em comparação com a direcção ortogonal apontam para uma orientação preferencial das fibras na direção longitudinal da placa. Isto vem confirmar que é possível orientar as fibras ao longo da direcção do fluxo de betonagem, quando se usa um betão auto-compactável. Para além disso, os ensaios não-destrutivos apontam para uma menor concentração de fibras na zona mais afastada da origem do fluxo de betão, tal como indicado pelos resultados da resistividade.

CONCLUSÕES

Os ensaios não destrutivos realizados neste trabalho permitiram identificar com sucesso heterogeneidades no material do provete. Aparentemente há uma menor concentração de fibras na zona mais afastada da origem do fluxo de betão, como indicado pelos resultados da resistividade e da indutância elétricas na extremidade direita. Os ensaios com ultra-sons mostraram ser menos sensíveis a esta suposta heterogeneidade. Quanto à orientação das fibras, o ensaio de indutância eléctrica demonstrou ser o mais sensível de todos observando-se permeabilidades magnéticas mais elevadas na direção 0º.
Estas conclusões têm uma natureza preliminar e só poderão ser completamente confirmadas através de ensaios mecânicos dos segmentos da placa. Está previsto realizar-se uma análise comparativa da distribuição das fibras e respectiva orientação por meio de técnicas destrutivas. A resistência à tracção do material vai ser avaliada, tanto na direção longitudinal como na direção transversal à orientação preferencial das fibras, com o objectivo de a correlacionar com a informação fornecida anteriormente sobre a distribuição das fibras e a sua orientação.

Referência:

1. Azevedo, D., Ribeiro, F., Carvalho, A., Rio, J. & Nunes, S. Avaliação da orientação das fibras em BEDRF através de técnicas não destrutivas. ASCP 2013 Segurança. Conservação e Reabilitação de Pontes III_271–280 (2013).