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Discontinuum analysis of the fracture mechanism in masonry prisms and wallettes via discrete element method
This study proposes an alternative approach to modeling the failure mechanisms of brickwork assemblages under combined shear
Ano: 2020
Autor(es): Pulatsu, B.; Erdogmus, E.; Lourenço, P.; Lemos, J. V.
Revista: Meccanica
Editor: Springer
Keywords: DEM , Discontinuum analysis , Masonry , Softening , Contact mechanics
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Investigation of the Structural Dynamic Behavior of the Frontinus Gate
The Western Anatolia Region of Turkey is an important region of high seismic activity.The active dynamics of the region are shaped by a compression and expansion mechanism. This activemechanism is still ongoing and causes strong seismic activity in the region. The Frontinus Gate is amonument in the Roman city of Hierapolis of Phrygia located in southwestern Anatolia. The aim ofthis study is to investigate the seismic behavior of this stone masonry structure using discrete elementmodeling. For this purpose, nonlinear dynamic analyses were performed to simulate the structuralresponse of the gate under seismic excitation. Deformation, damage, and failure patterns induced inthe masonry gate for di erent levels of seismic action are evaluated and discussed. An earthquakewith a return period of 475 years is expected to cause some damage, but no collapse, while for areturn period of 2475 years, the models indicate collapse of the monument.
Ano: 2020
Número Páginas:
5821.
Autor(es): Saygili, O.; Lemos, J. V.
Revista: Applied Sciences
Editor: MDPI
Volume:
10.
Keywords: stone masonry; discrete element modeling; nonlinear dynamic analysis
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Nonlinear dynamic response of stone masonry minarets under harmonic excitation
In this paper three historical masonry minarets in Istanbul, Turkey, are assessed for thedependency between the input harmonic motion and structural response parameters. Theirheights are 40, 73 and 74 m, while the slenderness is 12, 6 and 12, respectively. The discreteelement method is used in dynamic nonlinear analyses. Models were calibrated withmeasured natural frequencies. A series of sine-wave excitations is created for different frequency-amplitude pairs varying between 0.4 and 10 Hz, and between 0.1 and 1 m/s. Fromthe results of dynamic simulations, a general trend was observed for masonry minarets.Especially, slenderness and wall thickness play an important role on their dynamic responseand damage pattern. Dynamic behavior of these minarets cannot reliably be estimated bystatic non-linear analysis. Two engineering demand parameters (EDPs) are defined to characterizethe displacement of the minaret top and the inter-ring shear displacements alongthe minaret body. Damage performance criteria for minarets are proposed based on fourdamage states and tentative limit values are given. We were able to identify the occurrenceof those limit states as a function of frequency and amplitude of sinusoidal input motion.
Ano: 2020
Número Páginas:
4813-4838pp.
Autor(es): Cakti, E.; Saygili, O.; Lemos, J. V.; Oliveira, C.S.
Revista: Bulletin of Earthquake Engineering
Editor: Springer
Volume:
18, 10.
Keywords: Masonry · Discrete elements · Dynamic response · Collapse analysis
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Numerical modeling of the tension stiffening in reinforced concrete members via discontinuum models
This study presents a numerical investigation on the fracture mechanism of tension stiffening phenomenon in reinforced concrete members. A novel approach using the discrete element method (DEM) is proposed, where three-dimensional randomly generated distinct polyhedral blocks are used, representing concrete and one-dimensional truss elements are utilized, representing steel reinforcements. Thus, an explicit representation of reinforced concrete members is achieved, and the mechanical behavior of the system is solved by integrating the equations of motion for each block using the central difference algorithm. The inter-block interactions are taken into consideration at each contact point with springs and cohesive frictionalelements. Once the applied modeling strategy is validated, based on previously published experimental findings, a sensitivity analysis is performed for bond stiffness, cohesion strength, and the number of truss elements. Hence, valuable inferences are made regarding discontinuum analysis of reinforced concrete members, including concrete
Ano: 2020
Autor(es): Pulatsu, B.; Erdogmus, E.; Lourenço, P.; Lemos, J. V.
Revista: Computational Particle Mechanics
Editor: Springer
Keywords: DEM · Discontinuum analysis · Tension stiffening · Contact mechanics
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Seismic and Structural Health Monitoring of Cabril dam. Software development for informed management
Nowadays, the management and safety control of large dams is generally based on automatic monitoring, including the socalledseismic and structural health monitoring systems (SSHM), using the latest technology for automatic data measurement,acquisition and transmission. These systems should include software for automatic management and analysis of continuousmonitoring data and software for numerical simulation of the dam dynamic behavior using 3D finite element models. Thissoftware should be designed to provide useful and reliable information to meet the needs and expectations of stakeholders,and to support the studies of researchers and engineers responsible for structural health monitoring. This paper is focusedon the experience gathered from the SSHM system of Cabril dam, a 132 m high-arch dam, in Portugal, that has been undercontinuous dynamic monitoring since 2008. The importance of the software specifically developed for automatic modalidentification, automatic detection of seismic vibrations (distinct from vibrations due to the operation of discharge gates andpower groups), and automatic comparison between experimental data and computed results from a reference finite elementmodel of the dam-reservoir-foundation system, is highlighted. This software includes: (1) the generation of graphics withthe evolution of the identified natural frequencies over time and the comparison with calculated frequencies using differenthypothesis for concrete damage evolution; and (2) a service to automatically send emails summarizing key dynamic monitoringresults to stakeholders to provide the necessary support for informed management and engineering decision making.The main results from SSHM of Cabril dam are presented, namely regarding the evolution of modal parameter over time,considering the influence of water level variations, and the measured response during an earthquake event.
Ano: 2020
Número Páginas:
913-925pp..
Autor(es): Oliveira, S.; Alegre, A.
Revista: Special Issue of the Journal of Civil Structural Health Monitoring: SHM for informed Management of Civil Structures and Infrastructures
Editor: Springer
Volume:
Vol.10, N.5.
Keywords: Concrete dams · Cabril dam · Seismic and structural health monitoring system · Modal identification · Ambient vibrations · Seismic response
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Simulation of the in-plane structural behavior of unreinforced masonry walls and buildings using DEM
In this study, a novel computational modeling strategy is proposed to estimate the lateral load capacity andbehavior of unreinforced masonry (URM) structures. All commonly noted failure mechanisms are captured viathe proposed modeling strategy using the discrete element method (DEM) in three-dimensions (3D). Masonrywalls are represented as a system of elastic discrete blocks, where the nodal velocities are evaluated by integrating the equations of motion using the central difference method. Then, the mechanical interactions among adjacent blocks are examined utilizing the relative contact displacements and employed in the contact stress calculation. Through this research, a new stress-displacement contact constitutive model is considered and implemented in the commercial software 3DEC, which includes softening stress-displacement behavior for tension, shear, and compression along with the fracture energy concept. The results of the discontinuum models are validated on small- and large-scale experimental studies available in the literature with good agreement. Furthermore, important inferences are made regarding the effect of block size, the number of contact points, and contact stiffness values for robust and accurate simulations of masonry walls.
Ano: 2020
Número Páginas:
2274
Autor(es): Pulatsu, B.; Erdogmus, E.; Lourenço, P.; Lemos, J. V.
Revista: Structures
Editor: Elsevier
Volume:
27.
Keywords: Computational modeling, Contact mechanics, Discrete element method, Unreinforced masonry
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sistemas de monitorização dinâmica de barragens de betão para apoio à avaliação da segurança estrutural
De acordo com a legislação portuguesa e tendo em consideração o risco sísmico da zona de construção das barragens é obrigatório a implementação de um Sistema de Observação Sísmica (SOS), incorporando instrumentação para caracterizar a ação sísmica induzida nas obras e a respetiva resposta estrutural. Em complemento, têm sido instalados Sistema de Monitoramento Dinâmico Contínuo (SMDC). O SOS permite não apenas a caracterização da ação sísmica, mas também a sua propagação ao longo do maciço rochoso, bem como a resposta estrutural da barragem. O SMDC visa identificar as características dinâmicas da barragem e sua evolução ao longo do tempo, considerando a variação das condições ambientais e operacionais, bem como a possível evolução das propriedades mecânicas dos materiais. Os processamentos são efetuados automaticamente incluindo a caracterização do nível de aceleração e a identificação dos parâmetros modais da barragem. Os valores obtidos pelo processamento automático são armazenados em base de dados, sendo enviados alertas quando são atingidos os patamares de alarme previamente definidos.Os resultados provenientes destes sistemas são comparados com os resultados de modelos numéricos sofisticados, calibrados com o recurso a ensaios experimentais de caraterização dinâmica realizados na obra durante a fase de primeiro enchimento.A combinação da monitorização dinâmica com os modelos numéricos é uma ferramenta fundamental no controlo de segurança estrutural e gestão de risco das barragens.
Ano: 2020
Autor(es): Gomes, J. P.; Lemos, J. V.; Pereira, S.; Magalhães, F.; Monteiro, G.; Pinho, P.
Revista: Construção Magazine - revista técnica
Editor: Plubindústria
Volume:
95.
Keywords: Sistema de Monitoramento Dinâmico Contínuo; Sistema de Observação Sismica; Comportamento dinâmico; Barragens de betão
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Stochastic strength prediction of masonry structures: a methodological approach or a way forward?
Today, there are several computational models to predict the mechanical behaviour of masonry structures subjected to external loading. Such models require the input of material parameters to describe the mechanical behaviour and strength of masonry constructions. Although such masonry materialparameters are characterised by stochastic
Ano: 2020
Número Páginas:
122
Autor(es): Sarhosis, V.; Lemos, J. V.
Revista: RILEM Technical Letters
Editor: RILEM
Volume:
4.
Keywords: Masonry; Material variability; Numerical modelling; Discrete element method
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Tensile Fracture Mechanism of Masonry Wallettes Parallel to Bed Joints: A Stochastic Discontinuum Analysis
Nonhomogeneous material characteristics of masonry lead to complex fracture mechanisms,which require substantial analysis regarding the influence of masonry constituents. In this context, thisstudy presents a discontinuum modeling strategy, based on the discrete element method, developed toinvestigate the tensile fracture mechanism of masonry wallettes parallel to the bed joints consideringthe inherent variation in the material properties. The applied numerical approach utilizes polyhedralblocks to represent masonry and integrate the equations of motion explicitly to compute nodalvelocities for each block in the system. The mechanical interaction between the adjacent blocks iscomputed at the active contact points, where the contact stresses are calculated and updated basedon the implemented contact constitutive models. In this research, di erent fracture mechanisms ofmasonry wallettes under tension are explored developing at the unit
Ano: 2020
Número Páginas:
78-93pp.
Autor(es): Pulatsu, B.; Erdogmus, E.; Lourenço, P.; Lemos, J. V.
Revista: Modelling
Editor: MDPI
Volume:
1.
Keywords: material uncertainty; masonry; DEM; discontinuum analysis
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The role of modal parameters uncertainty estimation in automated modal identification, modal tracking and data normalization
During the last decade, many vibration-based structural health monitoring systems have been successfully implementedin different structures such as bridges, towers, stadia and wind turbines, with the aim of studying thestructure dynamics and its evolution over time, eventually detecting the occurrence of novel structural behaviourthat may indicate the presence of damage.Such vibration-based monitoring systems generally rely on the identification of modal properties, which arethen used as monitoring features. Therefore, from operational modal analysis to the tracking of those featuresand finally to data normalization, many processing steps occur that depend on the accuracy of the identifiedmodal properties. Thus, the estimation of the uncertainties associated with the identified modal properties increasesthe robustness of this process.In this context, data obtained from the continuous dynamic monitoring of a concrete arch dam has been usedto evaluate the gains of quantifying the uncertainties of modal properties, evaluating in particular the effect oftaking these uncertainties into consideration when performing automated operational modal analysis, modaltracking and data normalization. Nevertheless, it is observed that the most significant gains of consideringestimates uncertainties occur when these quantities are used for removing outliers during modal tracking.
Ano: 2020
Autor(es): Pereira, S.; Reynders, E.; Magalhães, F.; Cunha, A.; Gomes, J. P.
Revista: Engineering Structures
Editor: Elsevier
Volume:
224 (2020) 111208.
Keywords: Modal tracking; Uncertainties in modal properties; Operational modal analysis; Dam monitoring
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Comunicações
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Avaliação de uma proposta de reforço de uma barragem gravidade
As barragens são estruturas que apresentam um risco potencial elevado, pelo que a sua fiabilidade deve ser avaliada continuamente através de um programa de observação. Com base nos dados recolhidos podem ser estudados possíveis cenários de rotura através de modelos numéricos. Descreve-se neste trabalho os principais cenários de rotura a serem considerados quando da avaliação de segurança de uma barragem gravidade e apresenta-se o caso de uma pequena barragem descarregadora, localizada no Canadá, para qual foi elaborado um estudo de estabilidade, inicialmente através de um modelo de equilíbrio limite e posteriormente por meio de um modelo em elementos discretos, no qual foi avaliada uma solução de reforço constituída pela aplicação de ancoragens passivas.
Ano: 2010
Número Páginas:
15.
Autor(es): Bretas, E. M.; Lemos, J. V.
Keywords: Modelação numérica; Subpressão em meios fissurados; Dos elementos discretos; Barragem gravidade; Avaliação da segurança estrutural
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Determination of in situ stresses using large flat jack tests
Large flat jack tests are used to assess rock mass deformability in the design stages of large projects. The paper introduces a methodology for interpretation of the tests, with which it is also possible to obtain the in situ normal and shear stress components on the flat jack plane. The main problem regarding interpretation of large flat jack tests has to do with the effect of the tension crack that may develop in the rock mass, depending on the loading pattern, the rock mass tensile strength and the in situ stress normal to the jack. The three-dimensional numerical model that was developed simulates the test with the actually applied loading and accounts for the development of the tension crack. Model results show that the extent of the tension crack is irrelevant for the determination of the in situ stresses. Therefore, the in situ stress values can be used as an important parameter for interpretation of the test results, and furthermore constitute one more output of this reliable in situ test.
Ano: 2010
Número Páginas:
8.
Autor(es): Figueiredo, B.; Lamas, L.; Muralha, J.
Keywords: Numerical model; Large flat jack tests
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Ensaio na mesa sísmica de um modelo físico de uma barragem abóbada
O dimensionamento de barragens, de acordo com a regulamentação portuguesa, engloba averificação da segurança da obra para diversos cenários de rotura. Nesta comunicação,apresenta-se o estudo experimental do comportamento dinâmico até à rotura de um modelode uma barragem abóbada com representação da albufeira. Os resultados experimentaisserão comparados com os obtidos a partir de modelações matemáticas devidamente calibradas.
Ano: 2010
Número Páginas:
3.
Autor(es): Gomes, J. P.
Keywords: Comportamento não linear; Comportamento dinamico de barragens; Modelos fisicos de barragens
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Finding the elastic coefficients of a damaged zone in a concrete dam using material optimization to fit measured modal parameters
The structural safety control of large dams is based on the continuous observation of its behavior under static and dynamic actions and on the use of mathematical models for the simulation of the real dam behavior. These mathematical models should be calibrated taking into account the real behavior of the system dam-reservoir-foundation (mainly influenced by the reservoir water level). For the safety control of old dams, usually with cracking, the mathematical models should include some features for crack simulation.
Ano: 2010
Número Páginas:
2p.
Autor(es): Oliveira, S.; Toader, A. -M.; Vieira, P.
Keywords: Optimization; Modal parameters; Concrete dams
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Joint Statistics
The paper aims at presenting some achievements of joint statistics. The different statistical distributions used for the description of the main parameters of the joint sets (attitude, intensity, area, and aperture) are introduced. For the attitude, a comparison of the existing distribution functions is made. For the intensity, the formulas for its determination are given, the applicable statistical models are presented, and the Poisson model for the occurrence of the discontinuities in rocks is discussed in depth. The statistical models for the distribution of the volume of the blocks of a rock mass are introduced. For the area, again, the formulas for its determination are given, and the applicable statistical models presented. Finally, the distribution function for the aperture is referred to, as well as a note on the roughness and waviness.
Ano: 2010
Número Páginas:
20 pp.
Autor(es): Grossmann, N.
Editor: Sociedad Colombiana de Geotecnia
Keywords: Estatística de diaclases; Compartimentação dos maciços rochosos
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Joint Statistics
The paper aims at presenting some achievements of joint statistics. The different statistical distributions used for the description of the main parameters of the joint sets (attitude, intensity, area, and aperture) are introduced. For the attitude, a comparison of the existing distribution functions is made. For the intensity, the formulas for its determination are given, the applicable statistical models are presented, and the Poisson model for the occurrence of the discontinuities in rocks is discussed in depth. The statistical models for the distribution of the volume of the blocks of a rock mass are introduced. For the area, again, the formulas for its determination are given, and the applicable statistical models presented. Finally, the distribution function for the aperture is referred to, as well as a note on the roughness and waviness.
Ano: 2010
Número Páginas:
20 pp.
Autor(es): Grossmann, N.
Editor: Sociedad Peruana de Geoingeniería
Keywords: Estatística de diaclases; Compartimentação dos maciços rochosos
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Masonry Gravity Dams - A numerical application for stability analysis
This work presents a numerical application for stability analysis of masonry gravity dams. From the geometrical dimensions, the material characteristics, hydrostatic loads and seismic loads, the application automatically determines the following results: thrust line for the dead weight load and the dead weight together with the other loads; stress diagram and safety factors for the failure of the dam-foundation contact as part of an overall analysis; safety factors for the failure of horizontal planes along the body of the dam; parametric properties analysis (volumetric mass) and the resistant characteristics (friction angle) on the base of the dam.The analyses of three historical masonry dams located in Algeria were made. This work highlights the capacity of the numerical application as it can work with different section geometry, including curved and discontinuous sections, and the importance of assessing several scenarios in the scope of a preliminary and expedite safety evaluation.
Ano: 2010
Número Páginas:
10p.
Autor(es): Bretas, E. M.; Lemos, J. V.
Keywords: Masonry dams; Stability analysis; Numerical applications; Historical structures
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Modelação de cenários de ruptura em barragens de betão com um modelo de partículas
A análise de cenários de ruptura, estático e dinâmicos, associados à fendilhação do betão requer ferramentas computacionais que sejam capazes de lidar com o comportamento resultante da micro-fendilhação generalizada e/ou de macro-fendas. É reconhecida a dificuldade de caracterizar tal problema com base numa formulação contínua local. Assim, neste trabalho optou-se por um modelo detalhado de partículas, inicialmente desenvolvidos para estudo do comportamento micro-mecânico de meios granulares, que têm em consideração a interacção física entre as partículas e a influência da meso-estrutura do material. Dada a escala em análise, o modelo de análise detalhada só é aplicado na zona em que se espera que ocorra fendilhação para os cenários estudados, barragem. Na zona de fundação é utilizado um modelo de elementos finitos. Dado os recursos computacionais existentes é necessário adoptar para as partículas esféricas dimensões superiores às dimensões do agregado adoptado. O modelo é validado com base em ensaios experimentais realizados em modelos no núcleo de modelação matemática e fisica do departamento de barragens do Laboratório Nacional de Engenharia Civil.
Ano: 2010
Autor(es): Azevedo, N.; Lemos, J. V.
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Modelação de Maciços Rochosos em Grandes Obras Subterrâneas
Abordam-se, neste trabalho, os aspectos gerais da modelação numérica do comportamento de maciços rochosos, com particular incidência na sua aplicação ao estudo de grandes obras subterrâneas. Apresentam-se sucintamente os principais métodos e a sua evolução, com referência a alguns trabalhos realizados no país. Discutem-se as potencialidades actuais dos modelos numéricos, e algumas das questões que se colocam na sua aplicação prática, recorrendo a diversos exemplos recentes no domínio das obras subterrâneas.
Ano: 2010
Autor(es): Lemos, J. V.
Editor: FEUP
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Modelação numérica para a interpretação de ensaios de medição de tensões por sobrecarotagem
O método de sobrecarotagem é frequentemente utilizado para a determinação do estado de tensão em maciços rochosos. Nesta técnica de ensaio, a determinação do estado de tensão é feita partir das extensões medidas durante a sobrecarotagem e das constantes elásticas do tarolo que são determinadas, em regra, a partir dos resultados de um ensaio biaxial. Foi desenvolvido um modelo tridimensional de elementos finitos que permite considerar um comportamento tanto isotrópico como transverso isotrópico para a determinação do estado de tensão. Foram realizadas diversas simulações numéricas do ensaio biaxial para avaliar a influência de microfissuras normais ao eixo dos tarolos na determinação das constantes elásticas. O modelo foi também utilizado para analisar a influência da consideração da anisotropia na determinação do estado de tensão em maciços rochosos.
Ano: 2010
Número Páginas:
12.
Autor(es): Figueiredo, B.; Lamas, L.; Muralha, J.
Keywords: Modelo numérico; Anisotropia; Ensaio de sobrecarotagem; Estado de tensão
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Livros
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Computational modeling of masonry structures using the discrete element method
Masonry is a combination of units such as stones, bricks or blocks usually laid in a cementitious or limemortar. It is probably the oldest material used in construction and has proven to be both simple to buildand durable. Over the years, existing masonry constructions have inevitably suffered damage with time.Earthquakes, soil settlements, material degradation and lack of maintenance are the main reasons forthat. Careful and periodic assessment of such structures is necessary in order to evaluate their structuralcapacity and safety levels. However, performing the structural analysis of masonry construction is notan easy task. A review is presented of the main models based on the discrete element method and the available related numerical techniques that have been proposed for the analysis of masonry. The essential assumptions adopted by these models and numerical implementation issues are discussed. Differences between available models are illustrated by applications to various masonry problems including static and dynamic analysis of masonry arch bridges, walls, vaults, domes and ancient colonnades.This book is composed of 17 chapters authored/co-authored by 25 outstanding researchers from 11countries (Canada, France, Greece, Hungary, Iran,Italy, Mexico, Norway, Portugal, UK, USA), whichwere reviewed by 60 referees.
Ano: 2016
Número Páginas:
505p.
Autor(es): Sarhosis, V.; Bagi, K.; Lemos, J. V.; Milani, G.
Editor: IGI Global
Keywords: Elementos discretos; Modelação numérica; Alvenaria
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Contribuição de Manuel Rocha para a mecânica das rochas e as fundações de barragens
N/A
Ano: 2013
Número Páginas:
296pp.
Autor(es): Lemos, J. V.; Lamas, L.
Editor: LNEC
Keywords: Investigação científica e técnica; Barragem de betão; Fundação rochosa; Fundação de barragem; Mecânica das rochas; Pt
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Capítulos de Livros
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Chapter 5 Discrete Element Modeling
This chapter consists of two parts. First a general overview is given: the exact definition of the Discrete Element Method is provided, and the main types of existing models are introduced; then the theoretical fundaments of the most important approaches available today for masonry analysis are given. The second part of the chapter focuses on 3DEC, the most widespread commercial DEM code for masonry analysis. This second part begins with a theoretical overview. Application issues for masonry structures are then considered (block material behaviour, contact representation, structural elements like cables or bars etc.). Among the practical examples arches, barrel vaults, walls, coloumns and complete structures (like houses) are presented, including the issues of quasi-static versus dynamic analysis and of block fracture as well. The readers can find helpful advice on how to simulate their own problems most effectively.
Ano: 2023
Autor(es): Lemos, J. V.; Bagi, K.
Revista: Discrete Computational Mechanics of Masonry Structures
Editor: Springer
Keywords: Masonry models
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Discrete Element Modelling of Masonry Arch Bridges, Arches and Vaults
N/A
Ano: 2022
Autor(es): Lemos, J. V.; Gobbin, F.; Forgacs, T.; Sarhosis, V.
Revista: From Corbel Arches to Double Curvature Vaults.
Editor: Springer
Keywords: numerical modelling; masonry
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DEM modelling of the non-linear static and dynamic response of masonry structures
Discrete element models have become a major tool for masonry analysis, allowing a suitable representation of its discontinuous nature and marked nonlinear behaviour. The chapter reviews the fundamental assumptions of the main DEM formulations available. It focuses more specifically on the widely used UDEC and 3DEC codes, explaining their relation with the other approaches, and the most relevant issues arising in their application to masonry. Applications to the main types of structures are reviewed, considering both static and dynamic analyses. Recent research providing comparisons of the numerical models with experimental and field data is particularly covered. The discussion of the different examples is aimed at clarifying the key capabilities of DEM and demonstrating the most effective ways of using it in a variety of masonry analysis situations.
Ano: 2019
Número Páginas:
469-501pp.
Autor(es): Sarhosis, V.; Lemos, J. V.; Bagi, K.
Revista: Numerical Modeling of Masonry and Historical Structures - From Theory to Application
Editor: Elsevier
Keywords: DEM; Masonry structures
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Seismic and Structural Health Monitoring of Dams in Portugal
This chapter is focused on the Portuguese experience on the developmentand exploration of systems for continuously monitoring dam vibrations, usingaccelerometers. The pioneer system for seismic and structural health monitoring(SSHM) installed in Cabril dam (the highest Portuguese arch dam: 132 m high) isdescribed in detail. The design of this system was the result of a long-term LNECresearch program, still ongoing. These monitoring systems should include softwaredeveloped to automatically perform the analysis of collected data, including theautomatic comparison with numerical results from 3DFE models. In view of thegood results obtained with the system in operation in Cabril dam since 2008, similarsystems have been installed in other large dams in Portugal, particularly in recentlybuilt dams. Finally, Baixo Sabor dam is presented as an example of a new Portuguesedam with a complete SSHM system, in operation since 2015. Themain experimentalresults obtained for both dams are shown, namely the evolution of natural frequenciesover time, mode shapes and the measured seismic response to earthquake events.
Ano: 2019
Número Páginas:
87-113pp..
Autor(es): Oliveira, S.; Alegre, A.
Revista: Seismic Structural Health Monitoring - From Theory to Successful Applications
Editor: Springer
Keywords: Modal identification · Concrete dams · Ambient and seismic vibrations
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Teses de Doutoramento
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Análise experimental de cenários de rotura em fundações de barragens de betão
Para verificação do cumprimento das exigências de segurança das barragens,tanto relativamente à funcionalidade (cenários correntes), como em relação àsegurança ao colapso (cenários de rotura), é essencial utilizar modelos de simulação oude interpretação (no caso de obras existentes) do seu comportamento. Estes modelossão idealizações (simplificações) da realidade, tanto no que diz respeito às acções(modelos das acções), como no que respeita à componente estrutural (modelos estruturais).A solução destes modelos, através de adequados métodos de análise, quantificaparâmetros da resposta das estruturas que permitem avaliar a sua segurança, utilizandocritérios de segurança previamente definidos.A validação destes modelos pode ser feita, no caso de cenários correntes,através da sua comparação com os resultados da observação do comportamento debarragens. No caso de cenários de rotura, não existe muita experiência de comparaçãodestes resultados com situações reais: é pequeno o número de acidentes ocorrido e,mesmo nestes, o volume de informação é reduzido. Desta forma, o recurso a métodosexperimentais, para o estudo de cenários de rotura, tem uma importância acrescida.Assim o principal objectivo deste trabalho é contribuir para melhorar a capacidade deavaliação da segurança de barragens de betão envolvendo cenários de rotura pela fundação.Neste trabalho desenvolveram-se dois ensaios experimentais em modelosfísicos: um primeiro envolvendo uma barragem abóbada, para o estudo de cenários derotura da fundação para acções estáticas; e um segundo de uma barragem gravidadeensaiado em mesa sísmica, com vista a estudar a rotura pela fundação para acçõesdinâmicas.A previsão e interpretação dos ensaios foram efectuadas com modelosmatemáticos adequados, que permitiram a sua validação e posterior utilização no estudode outros cenários.
Ano: 2009
Autor(es): Gomes, J. P.
Keywords: Método dos elementos discretos; Método dos elementos finitos; Modelos numéricos; Mesa sísmica; Análise dimensional; Modelos físicos; Análise até à rotura; Controlo da segurança de barragens; Barragens de betão
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Relatórios
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Applications of computational mechanics to underground structures ln hydraulic projects
A brief description of the phenomena and problems associated with underground structures in hydraulic projects is presented, namely in what concerns the powerhouses, surge chambers and pressure tunnels and shafts. An analysis of the calculation methodologies followed in the structural design of this works is presented, as well as of the numerical models usually adopted, namely finite and boundary element models. Finally, some applications of computational mechanics are presented. First, a parameter study for underground powerhouses, with special emphasis in the definition of shapes, existence of several caverns,and in the tridimensional equilibria is described. Afterwards, examples of application to some hydraulic projects are illustrated: a large underground powerhouse in Mozambique, the Alto Lindoso hydroelectric power scheme in construction in the north of Portugal, and the Castelo do Bode tunnel, in operation, integrated in the water supply system to Lisbon.
Ano: 1992
Autor(es): Sousa, L.; Lamas, L.; Martins, C. S.
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Estado de tensão dos maciços rochosos
O presente trabalho aborda a origem do estado de tensão interna dos maciços rochosos e apresenta os factores que o influenciam. Apresentam-se as técnicas e a aparelhagem correntemente utiiizada na determinação do estado de tensão, bem como a interpretação dos ensaios mais comuns, dando-se maior relevo aos ensaios com macacos planos pequenos (S F J) e com o extensómetro tridimensional (S T T),efectuados correntemente pelo LNEC.
Ano: 1989
Autor(es): Loureiro Pinto, J.
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Estudo da compartimentação de maciços rochosos por uma técnica de amostragem linear e dos blocos formados pelas descontinuidades - Aplicação a uma galeria do Alto Lindoso
Descreve-se sucintamente uma técnica para amostragem linear de descontinuidades em faces expostas de maciços rochosos e referem-se métodos para tratamento dos dados de campo com vista à definição defamílias de descontinuidades e caracterização de uma forma estatística da sua orientação, espaçamento e extensão. Apresentam-se os resultados obtidos para o caso de uma galeria subterrânea no aproveitamentohidroeléctrico do Alto Lindoso. Para as famílias de descontinuidade identificadas apresenta-se um estudo dos blocos tetraédricos que se poderão formar nas diferentes faces de rocha e analisam-se as suas condições de estabilidade.
Ano: 1989
Autor(es): Lamas, L.
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Relatório de actividades do estagiário de investigação António Lopes Baptista
N/A
Ano: 1988
Autor(es): Batista, A. L.
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Aplicação do método dos elementos de fronteira na análise de estruturas subterrâneas
Apresentam-se, neste relatório, modelos numéricos baseados no método dos elementos da fronteira, desenvolvidos no LNEC para análise de estruturas subterrâneas. Tecem-se algumas considerações sobre o método dos elementos de fronteira, descrevem-se os modelos desenvolvidos para equilíbrios planos e tridimensionais e apresentam-se alguns exemplos de aplicação.
Ano: 1985
Autor(es): Lamas, L.; Frazíllio, E. M.; Sousa, L.; Martins, C. S.
Info
Modelo tridimensional de elementos de fronteira para análise de estruturas subterrâneas
N/A
Ano: 1984
Autor(es): Lamas, L.
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Estudo das fundações da barragem de Cabora-Bassa - lº. Relatório (Deformabilidade e fluência do maciço rochoso e das rochas constituintes da fundação da barragem)
N/A
Ano: 1969
Autor(es): Peres Rodrigues, F.; Loureiro Pinto, J.; Almeida, A. C.
Keywords: Maciço rochoso; Fundação de barragem; Barragem de Cabora-Bassa
Info
Estudo das condições de fundação dos contrafortes da barragem do Caia
N/A
Ano: 1966
Autor(es): Silveira, A. F.; Peres Rodrigues, F.; Barroso, M.
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Informações Científicas e Técnicas
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Identification of transversely isotropic parameters in overcored rock specimens - A back analysis approach
This document presents a back analysis procedure for identification of the elastic parameters of transversely isotropic rock cores, containing an overcoring triaxial strain probe, from the strains measured during a biaxial test. A three-dimensional finite element model was developed to simulate the biaxial test on the overcored rock specimen and to compute the strains at the location of the strain gauges. Different optimisation algorithms were tested and the most suitable one was selected. The back analysis procedure was tested for identification of the five elastic parameters and the two orientation angles that characterise a transversely isotropic rock core. In spite that, with the developed methodology, convergence was reached and all those parameters could be identified, sensitivity analyses demonstrated that the results obtained were not stable and therefore they were not reliable. By introducing constrains based on common practice and previous experience, a stable and robust methodology was achieved: the three elastic parameters, E1, E2 and ?2, are reliably identified using the value of G2 calculated with Saint-Venants expression and a fixed value of ?1, while the orientation parameters are obtained from observation of overcored rock. Analysis of the results shows that application of this methodology represents an enormous step forward when compared with the traditional use of isotropy. Besides, the methodology is general and can also be used with other types of overcoring equipment. The five elastic parameters and the two orientation angles obtained can then be used, together with the overcoring strains, to compute the complete in situ state of stress.
Ano: 2018
Autor(es): Espada, M.; Lamas, L.
Keywords: Transversely isotropic rock; Numerical method; Rock test; Optimisation; Triaxial strain probe; In situ stress; Overcoring; Biaxial test
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Stability analysis of excavation slopes of Baihetan arch dam foundation - Reliability analysis by application of the response surface method
This document presents the work developed by the PhD student Margarida Espada in the scope of the course unit Risk Analysis in Geotechnical Works of the Doctoral Program in Civil Engineering of the Faculty of Engineering of the University of Porto (FEUP). This work presents a reliability analysis, using the response surface method (RSM), for the case study of the left bank excavation slopes of the Baihetan arch dam foundation, which is one of the case studies of Margarida Espada's PhD thesis. The aim was to approximate an implicit limit state function by computing safety factors, using a discrete element model of the Baihetan left bank developed in 3DEC software, where the shear strength parameters of two important rock discontinuities were considered as random variables. The probability of failure was then obtained through an iterative process, using approximation methods. This work presents the 3DEC model developed to analyse the stability conditions in the Baihetan left bank and the results of the reliability analysis.
Ano: 2018
Autor(es): Espada, M.
Keywords: Dam foundation; Baihetan dam; Discrete element method; Reliability; Slopes stability
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Contribuição para o problema da existência e suavidade da solução da equação de Navier- Stokes
O problema da solução das equações de Navier Stokes é abordado neste trabalhopropondo-se uma técnica de representação das incógnitas deslocamentos e pressõesvariáveis no espaço e no tempo em série de Delta de Dirac e suas derivadas no tempocujos coeficientes se determinam com base na solução de sistemas de equaçõesdiferenciais definidos no espaço (problema com três variáveis espaciais independentesque pode ser estudado pelo método de Monge).
Ano: 2011
Número Páginas:
12pp.
Autor(es): Câmara, R.
Editor: LNEC
Keywords: Equação de navier-stokes
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Elastodinâmica
Neste relatório apresentam-se as equações básicas da elastodinâmica linear, as soluçõesfundamentais e o teorema da representação no domínio de tempo e de frequência.Para movimentos finitos de casca formula-se o teorema dos trabalhos virtuais e a suaimplementação pelo método dos elementos finitos.
Ano: 2007
Número Páginas:
54pp.
Autor(es): Câmara, R.
Editor: LNEC
Keywords: Método dos elementos finitos; Elastodinâmica
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Modelação sísmica de barragens abóboda
Neste relatório apresentam-se os principais aspectos da modelação sísmica de barragensabóbada. Assim propõe-se: modelos numéricos de geração de sismos por uma falha; aforma como o sismo actua na barragem; modelos para estudar a influência da albufeirana vibração do conjunto; métodos para solução das equações do movimento; e novasformulações de elementos finitos para o problema estrutural.
Ano: 2005
Número Páginas:
72pp.
Autor(es): Câmara, R.
Editor: LNEC
Keywords: Método dos elementos finitos; Simulação numérica; Comportamento sísmico de estruturas; Comportamento de barragens; Barragem abóboda
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An experimental and numerical study for analysis of the hydromechanical behavior of the Alto Lindoso high pressure circuit
In pressure tunnels and shafts, in addition to the mechanical effect that excavation has on the rock mass and the disturbance that it introduces in the water flow, also the contained water can interact from the mechanical and hydraulic points of view with the rock mass. Seepage in fractured rock masses is dominated by the flow that takes place through the joints, and this is highly d(;pendent on their properties, namely aperture and roughness. Joint aperture, in tum, i::; very sensitive to stress changes. Special attention must therefore be paid to the joints in hydromechanical analyses. In this report are presented some studies that were carried out for the hydromechanical characterization of joints of the Alto Lindoso rock mass and numerical simulations of the hydromechanical behaviour of two selected sections of the high pressure circuit.
Ano: 1994
Autor(es): Lamas, L.
Keywords: Simulação numérica; Barragem de Alto Lindoso; Percolação no solo; Maciço rochoso; Comportamento hidromecânico; Interacção solo-água-estrutura; Circuito hidráulico
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