[pt] Nesta tese, a teoria dos meios contínuos generalizados de Cosserat é proposta como uma base para a modelagem em mecânica das rochas. Para tanto, um estudo crítico do tema foi realizado, buscando identificar os modelos que se afiguravam como mais adequados, bem como alcançar uma melhor compreensão dos mesmos. Salientados foram alguns problemas em mecânica das rochas e geologia estrutural, com os quais se objetivou estabelecer a essência da motivação de uso da mecânica de Cosserat nessas áreas: a estruturação intrínseca, em qualquer escala, dos maciços rochosos. Desenvolveu-se um programa de elementos finitos, no qual modelos foram implementados, com a finalidade de tornar possível a modelagem computacional de materiais elásticos, elastoplásticos e viscoelásticos de Cosserat. Alguns desses modelos são específicos para modelar maciços rochosos fraturados como meios contínuos generalizados equivalentes. As formulações são apresentadas e as respectivas implementações computacionais descritas. Características distintivas do programa, como a utilização de algoritmos explícitos ( de relaxação dinâmica e viscosa ) na solução das equações de equilíbrio discretas, são ressaltadas. Seus novos aspectos de convergência e estabilidade, tendo em vista a formulação generalizada da mecânica do meio, são estabelecidos. São feitas validações e comparações de resultados do programa com soluções analíticas, numéricas e de experimentos. Na discussão desses exemplos buscou-se realçar os seus aspectos relevantes para a análise de problemas tanto em mecânica das rochas como em geologia estrutural. Finalmente, tendo em vista uma preocupação com a futura utilização prática da mecânica de Cosserat, foi desenvolvido um procedimento de cálculo dos módulos elásticos de contínuos generalizados equivalentes a maciços rochosos com padrão regular de fraturamento. / [es] En esta tese se propone la teoría de los medios continuos generalizados de Coserat como base para um modelo en mecánica de las rocas. Para esto, se realizó primeramente un estudio crítico del tema fue realizado, identificando y estudiando los modelos que se presentaban como más adecuados. Se resaltan algunos problemas en mecánica de las rocas y geología extructural, explicando las características que motivaron el uso de la mecánica de Coserat en esas áreas: la extructuración intrínseca, en cualquer escala, de los macizos rocosos. Se dearrolló se un programa de elementos finitos, para facilitar la modelación computacional de materiales elásticos, elastoplásticos y viscoelásticos de Coserat. Algunos de esos modelos son específicos para modelar macizos rocosos fracturados como medios continuos generalizados equivalentes. Se presentan las formulaciones y se describen sus respectivas implementaciones computacionale. Se resaltan las características distintivas del programa, como son la utilización de algoritmos explícitos ( de relajación dinámica y viscosa ) en la solución de las ecuaciones de equilibrio discretas. Se establecen los nuevos aspectos de convergencia y estabilidad, considerando la formulación generalizada de la mecánica del medio. Se evalúan y comparan los resultados del programa con soluciones analíticas, numéricas y experimentales. Finalmente, llevando en cuenta la preocupación con la futura utilización práctica de la mecánica de Coserat, fue desarrollado un procedimiento de cálculo de los módulos elásticos de continuos generalizados equivalentes a macizos rocosos con padrón regular de fractura.

[pt] O estudo sobre estabilidade de poços tem como uma de suas principais aplicações a determinação da faixa segura de densidades do fluido de perfuração. A análise de estabilidade de um poço, que determina essa faixa segura, envolve uma série de parâmetros que geralmente apresentam incertezas associadas aos seus valores. Em métodos convencionais, essas incertezas não são consideradas. O objetivo deste trabalho é desenvolver metodologias de análise de estabilidade de poços que considerem as incertezas associadas aos parâmetros. Métodos para quantificação de incertezas associadas aos parâmetros são apresentados para o caso de um poço já perfurado e para o caso de um novo poço em uma região em desenvolvimento. Dois métodos de análise de sensitividade também são apresentados e aplicados ao problema de estabilidade de poços. Para avaliação do efeito que as incertezas associadas aos parâmetros geram no sistema de estabilidade, dois métodos probabilísticos (simulação de Monte Carlo e método FOSM) foram aplicados ao problema, e depois intercomparados. Através do método da simulação de Monte Carlo, desenvolveu- se um simulador computacional para análise probabilística de estabilidade de poços, que permite a consideração das incertezas associadas aos parâmetros. Os métodos probabilísticos de análise fornecem como resposta as probabilidades de ruptura associadas às diferentes pressões internas do poço. Como essas pressões são dependentes da densidade do fluido de perfuração, a avaliação do risco associado à essas pressões constitui um novo critério para a determinação da densidade do fluido de perfuração. / [en] The study on wellbore stability has as one of its main application the determination of the safe range of the drilling-fluid density. The wellbore stability analysis is controlled by a number of parameters that generally present uncertainties associated to their values. In conventional methods, these uncertainties are not considered. The purpose of this work is to develop methodologies of analysis of wellbore stability that consider the uncertainties associated to the controlling parameters. Methods for quantifying the uncertainties associated to the parameters are presented for the case of an open well and for the case of new well located on a development region. Two methods of sensitivity analysis are also presented and applied to the well stability problem. To evaluate the effect that the uncertainties associated to the parameters create on the stability analysis, two probabilistic methods were applied to the problem, and compared to each other. Based upon Monte Carlo method, a computational simulator was developed in order to carry out probabilistic analysis of wellbore stability. The simulator takes into account the uncertainties associated to the parameters. The probabilistic methods of analysis, presented in this dissertation, provide the probability of failure associated to the different internal pressure of the well. As these pressures are dependent upon the density of the drilling - fluid, the evaluation of the risk associated to these pressures constitutes a new criterion to establish the density of the drilling -fluid. / [es] EL estudio sobre estabilidad de pozos tiene como una de sus principales aplicaciones la determinación de la banda de seguridad de las densidades del fluido de perforación. El análisis de estabilidad de un pozo, que determina esa banda segura, incluye una série de parámetros que generalmente presentan errores asociados a sus valores. En métodos convencionales, esos errores no son consideradas. EL objetivo de este trabajo es desarrollar metodologías de análisis de estabilidad de pozos que consideren los errores asociados a los parámetros. Métodos para cuantificación de errores asociadas a los parámetros son presentados para el caso de un pozo perforado y para el caso de un nuevo pozo en una región en desarrollo. Se presentan también dos métodos de análisis de sensitividad y se aplican a problemas de estabilidad de pozos. Para la evaluación de lo que los errores asociados a los parámetros generan en el sistema de estabilidad, se aplican dos métodos probabilísticos (simulación de Monte Carlo y método FOSM). A través del método de la simulación de Monte Carlo, se desarrolla un simulador computacional para el análisis probabilístico de estabilidad de pozos, que permite la consideración de los errores asociados a los parámetros. Los métodos probabilísticos de análisis dan como respuesta las probabilidades de ruptura asociadas a las diferentes presiones internas del pozo. Como esas presiones son dependientes de la densidad del fluido de perforación, la evaluación del riesgo asociado a esas presiones constituye un nuevo criterio para la determinación de la densidad del fluido de perforación.