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Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unb.br/handle/10482/24346
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Title: Avaliação do impacto de fissuras na condutividade hidráulica em aplicações de camada fina por meio de análise de imagens
Other Titles: Evaluation of cracking in the hydraulic conductivity of thin layers with image analysis
Authors: Silva, Tomás Joviano Leite da
Orientador(es):: Ribeiro, Luís Fernando Martins
Assunto:: Análise de imagens
Condutividade hidráulica
Materiais porosos
Fissuração e deslocamento
Issue Date: 29-Aug-2017
Citation: SILVA, Tomás Joviano Leite da. Avaliação do impacto de fissuras na condutividade hidráulica em aplicações de camada fina por meio de análise de imagens. 2017. xix, 154 f., il. Dissertação (Mestrado em Geotecnia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Abstract: Todos materiais sujeito a esforços mecânicos são passivos de fissuração e ruptura, e a avaliação da mudança de parâmetros como resistência mecânica e condutividade hidráulica após essa condição é de interesse à engenharia como um todo. Materiais porosos que permitem a passagem de água através de sua estrutura sofrem mudanças sensíveis no fluxo de fluidos através dos mesmos quando fissurados. Camadas finas apresentam espessuras tal que as fissuras possam atravessar inteiramente o meio em suas iterações mais severas, modificando o próprio regime do fluxo por meio da intensa alteração do meio. Em diversas obras da geotecnia, essas fissuras manifestam-se nas superfícies, sejam elas geossintéticos, pavimentos, faces de barragem ou especificamente camadas de cobertura de aterros. A manifestação dessas fissuras nas suas respectivas superfícies permite a avaliação de situações que refletem comportamentos internos que não são facilmente acessíveis. As diferentes técnicas de análise de imagem permitem a extração de dados complexos das fissuras, da distribuição das aberturas, área fissurada e comprimento das mesmas. Estes dados de difícil extração sem uso da computação permitem avaliar várias propriedades de interesse ao correlacionar esses parâmetros geométricos com as propriedades do meio fissurado. A partir de algumas correlações de abertura das fissuras e geometria tridimensional pode-se entender o modo de ruptura do material e também simular o comportamento das trincas em níveis profundos. Com os dados da geometria superficial correlacionados aos valores de profundidade ao longo do meio pode-se determinar o meio fissurado pelo qual um fluido deve percolar. Definindo-se as condições de contorno, avalia-se como ocorrerá a infiltração por um modelo análogo ao de um tanque, no qual a lâmina de água altera-se proporcionalmente ao valor do volume percolado. Para avaliar e calibrar os métodos da etapa computacional foi produzida uma camada de mistura de solo e bentonita compactada em uma caixa que permitissem a fissuração do solo. O material foi selecionado como resultado de ensaios de fissuração em pequena escala e avaliações de parâmetros relevantes para que manifestasse propriedades avaliadas na dissertação, em especial a fissuração após ciclos de ressecamento. O solo foi submetido a uma saturação na condição de fissuração estável e foi avaliada a infiltração da água através do mesmo. Com os dados das fissuras superficiais nesse estado e os dados experimentais da infiltração, foram feitas comparações entre os modelos de calibração e os resultados experimentais. Com os valores experimentais verificou-se que o modelo de tanque em meio fissurado previu bem os resultados, quando as condições de contorno eram definidas com rigor e que as fissuras aumentaram a vazão 42 vezes em relação ao resultado para o meio intacto.
Abstract: All materials under mechanical loads are subject to cracking and failure; as such, the evaluation of the relevant parameter changes under such conditions is of great interest to engineering field as a whole. Porous materials that allow the passage of fluids through them suffer sensible change in flow conditions when cracked. Thin layers have a thickness that allows severe cracks to penetrate it fully, changing the flow regime in the medium as a result of intense geometric changes in the layer. The cracks manifest themselves in several geotechnical applications, from geosynthetics, pavement, dams and specifically in liners. The surface cracks in those respective techniques allows the collection of relevant data that reflects internal behaviour of the medium that is not easily obtainable. The different image analysis techniques allow the extraction of complex data of the cracks themselves, such as the distribution of openings, the percentage of cracked area and even the length of the cracks. This data is of difficult extraction without the use of computation and it creates the possibility of determining interesting properties by correlating geotechnical parameters to the cracked medium. With correlations of crack opening and three-dimensional geometry, it is possible to both understand the cracking condition of the application and simulate the geometry of the fissures in depth. The flow of water through the fractured medium is then simulated as an interaction between the geometry of the cracked layer and boundary conditions of water head, in analogue manner to a closed tank where the water level reduction is proportional to the volume flown. A layer composed of a mixture of natural tropical soil with added bentonite was compacted into a larger scale to calibrate and evaluate the results of the simulation. The material was selected after several experimental evaluations done prior to the larger scale infiltration, where different conditions were created to optimize the desired properties, mostly cracking after desiccation. After three cycles of desiccation, the cracks were in a stable state, and the soil was submitted to a saturation. In this state, the volume infiltrated was measured and later compared with the simulation results. In a latter step, the models were evaluated in relation to their reliability and sensibility towards change in fed parameters. The evaluation of flow in a saturated cracked medium by a water tank model produced very close results when the boundary conditions are defined rigorously and that the presence of cracks increased the water flow by a factor of 42 in relation to the intact surface.
Description: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Appears in Collections:ENC - Mestrado em Geotecnia (Dissertações)

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