[pt] O presente trabalho tem como objetivo deduzir, implementar e validar um modelo para avaliar o valor médio e a variância do dano por fadiga em estruturas sujeitas a carregamentos aleatórios. Para isto, a técnica de aproximação da média e da variância através da expansão em série de Taylor foi aplicada ao conjunto de equações do método epsilon-N e à regra de acúmulo de dano de Palmgren-Miner. O modelo proposto permite avaliar o comportamento estatístico das gamas de tensão localizadas, das gamas de deformações localizadas e do dano propriamente dito. O modelo proposto possibilita a combinação dos fatores aleatórios associados à história de carregamento e ao comportamento mecânico do material. Isto permite avaliar a dispersão do dano sob um aspecto mais amplo, quantificando de forma independente as incertezas oriundas do comportamento aleatório do material e da história de carregamento. A fim de avaliar o modelo proposto, foram utilizadas 20 histórias de carregamento diferentes. Estas histórias foram combinadas à dois níveis distintos de dispersões das propriedades mecânicas do material. A comparação das estatísticas obtidas analiticamente com aquelas estimadas através da técnica de simulação de Monte Carlo demostraram a viabilidade da utilização do modelo proposto. Um estudo bastante completo foi realizado com relação à influência da história de carregamento sobre a dispersão do dano. Por este estudo verificou-se que a dispersão na previsão do dano provocado por trechos distintos de histórias são fortemente dependentes do tamanho da amostra. Para os casos estudados, verificou-se que trechos amostrados com menos de 3000 picos conduzem a dispersões superiores à 10 por cento , para histórias estritamente estacionárias, e superiores à 20 por cento, para histórias estacionárias num sentido amplo. Após estudar o comportamento estatístico do dano acumulado e de seu valor crítico para a iniciação de uma trinca de fadiga, foram utilizados dois modelos analíticos distintos para a previsão da confiabilidade de projetos à fadiga. Estes modelos foram desenvolvidos supondo a distribuição de Weibull e a lognormal. A validação destes modelos foi realizada comparando-se os resultados estimados analiticamente com seus correspondentes obtidos por simulação de Monte Carlo. A comparação das curvas de confiabilidade obtidas analiticamente com as curvas obtidas por simulação de Monte Carlo mostrou que o modelo baseado na distribuição lognormal é o mais indicado para a previsão da confiabilidade de projetos à fadiga. / [en] The present work is concerned with the development and the validation of a model to evaluate the average and the variance of the fatigue damage in structures subjected to random loading. The technique of the approximation of these statistics through of the expansion into Taylor series was applied to the set of equations that describe the epsilon-N method and the Palmgren-Miner rule. The proposed model allows the evaluation of the statistical behavior of the notch stress ranges, of the notch strain ranges and of the cumulative fatigue damage. The developed model allows the combination of random factors associated to loading histories and to the behavior of the material. In other words, the model estimates the dispersion of the fatigue damage under an extensive aspect, quatifying separately the contributions derives from the dispersion associated to sources of variation of the material behavior and the loading histories. In order to evaluate the proposed model, 20 random loading histories were combined to two levels of dispersion of the material properties. The combination allowed the study of the model under several situations. The performance of the model was evaluated by comparisons with the Monte Carlo technique. The agreement of the proposed model with the Monte Carlo technique was considered good. An extensive study was realized concerning the influence of the random loading on the dispersion of the damage prediction. It was observed that the dispersion is strongly associated to sample s size. From the cases studied it was observed that sample s blocks with less than 3000 peak might conduct to dispersions larger than 10 per cent, for strictly stationary processes, and larger than 20 per cent, for wide-sense stationary processes. After studying the statistical behavior of the cumulative fatigue damage and of its critical value to initiate a fatigue crack, two analytical model for fatigue reliability analysis were presented. These models are developed under the assumption that cumulative fatigue damage and its critical value follow a lognormal or a Weibull distribution. To verify the predicted results the Monte Carlo analysis was used. From this analysis it was verified tha the interference statistical model, based on a lognormal distribution, describes better the behavior of the fatigue s reliability.

[pt] Dando continuidade ao trabalho desenvolvido por [1] para a determinação do dano devido à fadiga em estruturas sujeitas à carregamentos estocásticos, este trabalho procura desenvolver o mesmo método, acoplando-o a uma rotina de FFT, para a determinação do espectro de potências, e ao método epsilon x N, associado à regra de acúmulo linear de dano de Palmgren-Miner, para a determinação do tempo de vida deste tipo de estrutura mecânica. Dois pacotes computacionais foram desenvolvidos para a aplicação deste método. O primeiro foi desenvolvido para a realização de três tarefas básicas? Coleta de Dados: Através da simulação de um gravador, que por interfaceamento com uma placa analógica-digital, permite a utilização de computadores para a aquisição de sinais dinâmicos. Análise de Sinais: Visando a determinação das propriedades estatísticas e/ou espectrais dos históricos de carregamento. Simulação de Histórias de Carregamento: Utilizando a teoria desenvolvida por Rice e Shinozuka [2]. No segundo pacote estão presentes todas as rotinas necessárias para a estimativa do tempo de vida de fadiga segundo o método epsilon x N, ou seja: contagem de picos e vales, contagem Rain-flow, determinação do incremento de dano e acumulação do dano de fadiga considerando a regra de Miner. Os processos computacionais foram testados utilizando-se históricos típicos propostos em trabalhos correlatos, sendo seus resultados comparados com os respectivos resultados experimentiais. Por fim, procurou-se estudar a influência da resolução espectral e do número de iteração sobre o comportamento das histórias simuladas quanto a sua capacidade de reproduzir o nível de dano observado nas respectivas histórias reais, com a intenção de encontrar parâmetros ótimos que permitam uma estimativa não tendenciosa do dano de fadiga. / [en] Extending Yang s [1] studies of fatigue damage determination in structures under stochastic loading, this study was developed using the same philosophy, besides incorporate a FFT routine to the power spectral determination, the Coffin-Manson method and Miner s rule, to structure damage determination. Two software were developed to apply this method. The first one realizes three basics functions: Data Acquisition: Recording real loading processes Analysis: Determination the statistical and spectral properties of the loading processes Random loading Process Simulation: Using Gaussian simulation method. The second software contain the routines necessary to life estimation using the Coffin-Manson method: peak and valley counting, rain-flow rule, damage and cumulative damage calculation. A computational processes were applied on loading processes found on correlated studies, and the numerical results were compared with their experimental one. At last, it was objected to studying the influence os spectral resolution and the number of iteration on life prediction, to find the best parameters to a good simulation.

[pt] A Mecânica do Dano Contínuo é uma ferramenta promissora para a análise de vida residual em componentes de máquinas e de estruturas. Todavia, não é uma tarefa simples a de se obter uma descrição fisica realística, associada a uma descrição matemática correta, do acoplamento entre a deformação e o amolecimento causado pela degradação da microestrutura. No caso de barras metálicas, a deformação plástica cíclica causa um endurecimento junto com uma degradação na estrutura (dano de fadiga). Por outro lado, a degradação da estrutura induz o amolecimento observado na curva tensão de engenharia vs. deformação. Logo, torna-se importante a modelagem do acoplamento entre plasticidade e dano para que se possa prever de maneira adequada o tempo de vida (ciclos), de um componente estrutural. Muitas tentativas feitas para descrever este tipo de comportamento mostraram-se insatisfatórias. O problema matemático é, em geral, mal posto e uma aproximação numérica da solução é incorreta do ponto de vista fisico. Nestes casos, o fenômeno de localização da deformação é malha-dependente. No presente trabalho, propõe-se uma nova teoria de dano para materiais elasto-plásticos que supera este problema. A teoria tem uma forte base termodinâmica e leva em conta o fenômeno de amolecimento. Uma diferença básica em relação a outros modelos consiste no fato de que a variável escalar D, associada ao dano, é considerada não apenas uma variável de estado mas também uma variável cinemática independente, com abordagem semelhante à apresentada nas teorias de contínuo com microestrutura. As possibilidades de utilização da teoria apresentada são verificadas através da comparação de simulações numéricas com resultados experimentais, para solicitações cíclicas uniaxiais, em barras de almnínioestrutural e em barras de aço austenitico AISI 316 L. / [en] Continuum Damage Mechanics is a promising tool for the failure prediction of structural components. Nevertheless, it is not a simple task to do a mathematically correct and physically realistic description of the strain-softcning behavior due to the degradation of the microstructure. In the case of metallic bars, the cyclic plastic deformation induces a strain-hardening and also a degradation of the structure (fatigue damage). In the other hand, the degradation of the structure induces a softening behavior in the engineering stress-strain curve. Hence, it is very important to model the coupling between plasticity and damage in order to perform an adequate lifetime prevision. Many attempts to describe this type of behavior have been unsatisfatory. The mathematical problem is, in general, ill posed and a numerical approximation of the solution is incorrect from the physical point of view. In this cases the phenomenon of strain localization due to strain-soflzening is mesh dependent. In the present work a new Damage theory for elasto-plastic materials that overcome this problem is proposed. The theory has a strong thermodynarnic basis and take into account the softening behavior. One basic difference from the others models is that the scalar variable D related with damage is taken as an independent kinematic variable, similarly as in the theories of continua with microstructure. The effectiveness and usefulness of the theory is checked by comparing numerical simulations of cyclic uniaxial tests in Aluminiun bars and 316L stainless steel bars with experimental results.

[pt] A tese apresentada neste trabalho direciona-se por meio da análise de quatro obras da chamada literatura marginal ou periférica, mais especificamente das obras dos autores Ferréz, Marcelino Freire, Rodrigo Ciríaco e Allan da Rosa. Tem-se por foco a construção de um olhar que privilegie o diálogo que estas obras mantêm com duas noções centrais, a de múltiplas temporalidades modernas do contemporâneo, que tem por principal característica a variedade de representações artísticas que produzem formas outras de vivência da modernidade, analisada a partir de autores como Homi Bhabha, Nestor Garcia Canclini, Paul Gilroy e Hans Ulrich Gumbrecht; e a noção de dano, formulada por Jaques Rancierè, cuja abordagem, para o trabalho que apresentamos, será necessária no exame das aproximações que as escolhas estéticas dos autores abordados têm com o campo político. Ao utilizarmos essas noções, defendemos que as obras, por advirem de um lugar não tradicional na produção cultural brasileira, geram novas perspectivas que se aproximam e se afastam do habitus literário no Brasil. Além disso, algumas reflexões sobre as principais contribuições acadêmicas para a análise do cenário montado pela literatura marginal são feitas no intuito de colaborar com futuros estudiosos que queiram abordar o tema. Procura-se, assim, encontrar as melhores ferramentas e abordagens da poética marginal contemporânea como produtora de sentido, levando-se em consideração sua origem social e como esta propõe novos enfoques para a tradição literária nacional. / [en] This dissertation analyzes four pieces of the so called literatura marginal or periférica, namely the works of authors Ferréz, Marcelino Freire, Rodrigo Ciríaco and Allan da Rosa. It focuses on the construction of a perspective that privileges the dialogue these works establish with two key notions: the multiple modern temporalities of the contemporaneity, which are characterized mainly by the variety of artistic representations that produce other forms of experiencing modernity - analyzed with the help of authors such as Homi Bhabha, Néstor García Canclini, Paul Gilroy e Hans Ulrich Gumbrecht -, and the notion of the wrong, as formulated by Jacques Rancière, whose approach will be helpful to understand the approximations that the aesthetic choices of the four authors have with the political realm. The wrong consists in the emergence of an unexpected identity-based collectivity within the community, altering the distribution of the sensible, forcing the community to redo its sites of production and of knowledge. By borrowing such notions, we defend that, since these works come from an untraditional place within Brazilian cultural production, they generate new perspectives that both approach and distance themselves from the literary habitus in Brazil, leading to a reevaluation of the contemporary Brazilian literary scene and even of the literary scenes of the past. Moreover, a couple of reflections on the main academic contributions for the analysis of the landscape designed by the literatura marginal are made with the intention to help future researchers willing to study the theme. Therefore, we have aimed to find the best tools and approaches to handle the contemporary marginal poetics as meaning-producing, taking into consideration its social origin and how it proposes new approaches to the literary national tradition.

[pt] A presente pesquisa tem como objeto a análise do cabimento da Responsabilidade Civil dos pais em relação aos filhos por abandono afetivo. Primeiramente, será apresentada a instituição família no direito civil constitucional brasileiro, o conceito de família e sua evolução histórica bem como a importância dos pais na formação dos filhos, para, posteriormente, examinar a legislação pertinente à família e filiação. Sob a nova perspectiva familiar, serão estudados os princípios adotados pelo ordenamento jurídico brasileiro no que se refere ao direito dos filhos, analisando-se, o princípio da dignidade da pessoa humana, da paternidade responsável e planejamento familiar, da afetividade e do melhor interesse da criança e do adolescente. Sobre o instituto da responsabilidade civil, observar-se-ão pontos relevantes, incluindo o estudo dos danos morais. Serão examinados os pressupostos da responsabilidade civil à luz do abandono parental afetivo, verificando-se como tais elementos são preenchidos no caso concreto. Ademais, será vislumbrada a efetiva função da indenização, analisando a controvérsia pendente sobre este assunto. Feitas as considerações doutrinárias, será analisada a posição da jurisprudência pátria acerca do assunto, para um total esclarecimento sobre o mesmo. Por fim, conclui-se o tema, de forma a tentar solucionar os questionamentos levantados por todo o corpo da pesquisa. / [en] This research aims to analyze the appropriateness of the Civil Liability of parents towards their children for emotional abandonement. First, the family institution is presented as seen in the Brazilian constitutional civil law, the concept of family and its historical evolution and the importance of parents in the education of their children, to then examine the laws relevant to family and affiliation. Under the new family perspective, the principles adopted by Brazilian law regarding children s rights will be studied as well as examine the principle of human dignity, responsible parenting and family planning, affectivity and the best interests of children and adolescents. On the institution of liability relevant issues will be observed, including the issue of punitive damages. Assumptions of liability will be examined in the light of parental affective abandonment, verifying how these elements are satisfied. Moreover, effective function of the indemnity will be envisioned, analyzing pending controversies on this subject. As doctrinal considerations are done, the position of homeland jurisprudence on the subject will be analyzed, in order to reach total clarification. Finally, the subject concludes, so to try to resolve the questions raised by the entire body of the research.

[pt] O fenômeno da fadiga é uma das falhas mais comuns em pavimentos asfálticos e se caracteriza pela aparição e posterior desenvolvimento de micro e macro trincas. As misturas asfálticas são compostas por agregados graúdos e por uma matriz circundante composta por ligante asfáltico, agregados miúdos e fíler, conhecida como Mistura Asfáltica Fina (MAF). Estudos indicam que os fenômenos que afetam as microfissuras se iniciam na mistura asfáltica fina. O presente trabalho investiga o comportamento em relação à fadiga das misturas asfálticas, utilizando como passo intermediário a análise de MAFs. Foram selecionadas três misturas asfálticas, compostas pelo mesmo ligante, porém com agregados distribuídos em três curvas granulométricas diferentes, variando seu tamanho máximo nominal. Para as MAFs, as granulometrias foram proporcionais às encontradas nas respectivas misturas asfálticas. As misturas e as MAFs seguiram programação experimental semelhante, com a caracterização viscoelástica linear e realização de ensaios dinâmicos uniaxiais de fadiga. Para interpretação dos resultados, foi utilizado o modelo simplificado de viscoelasticidade do dano contínuo (S-VECD) e os critérios de ruptura G(R) e D(R), que descrevem satisfatoriamente o comportamento em relação à fadiga das misturas e MAFs estudadas. Foi analisada a resistência ao dano das MAFs, bem como a influência da variação do tamanho máximo nominal no seu desempenho a fadiga. Estudou-se a relação entre as deformações encontradas nas misturas asfálticas e na parcela fina das misturas asfálticas. As misturas com maior presença de mistura asfáltica fina apresentaram melhor desempenho a fadiga e os fatores de proporcionalidade de deformação foram maiores para as misturas com tamanhos máximos nominais maiores. / [en] Fatigue is one of the most common problems in asphalt pavements and it is characterized by the appearance and subsequent development of micro and macro cracks. Asphalt mixtures are composed of large aggregates and a matrix that surrounds these aggregates, composed of asphalt binder, small aggregates and filler, known as Fine Aggregate Mixture (FAM). Studies indicate that the phenomena that affect micro cracks starts in the FAM. Therefore, this work aims to investigate the fatigue behavior of the Asphalt mixtures, using as intermediate means an analysis of the FAM. To achieve this objective, three asphalt mixtures were selected. They are composed of the same binder, but with aggregates distributed according to three different aggregate gradation curves, varying their maximum nominal size. The FAM had gradation curves proportional to that applied in asphalt mixtures. Mixtures and MAFs followed similar experimental programming with linear viscoelastic characterization and dynamic uniaxial fatigue tests. In order to interpret the results it was used the Simplified Viscoelastic Continuum Damage (S-VECD) model, G(R) and D(R) failure criteria, which presented a good prediction of the fatigue behavior of the Mixtures and MAFs studied. The MAF s tolerance to damage was analyzed as well as the influence of the maximum nominal size variation. A relation between strains in the asphalt mixtures and the strain in the fine portion of the asphalt mixtures was studied. The asphalt mixtures with higher content of fine asphalt mixture showed better fatigue performance and the strain proportionality factors were higher for mixtures with larger nominal maximum sizes.

[pt] A filtração profunda de suspensões particuladas ocorre em muitos processos industriais e ambientais, como filtração de água e contaminação do solo. Na indústria petrolífera, a filtração profunda ocorre próximo ao poço injetor durante a injeção de água, causando redução de injetividade. A captura de partículas no meio poroso pode ser causada por diferentes mecanismos físicos (exclusão pelo tamanho, forças elétricas, gravidade (sedimentação), etc.). No caso do mecanismo de exclusão pelo tamanho, quanto maiores forem as partículas e menores forem os poros, mais intensa será a captura. Conseqüentemente, maior será o dano à formação. Entretanto, o modelo tradicional não considera as distribuições de tamanho de partículas e de poros. Assumindo que as partículas são capturadas pelo mecanismo de exclusão pelo tamanho, foram deduzidas as equações básicas para o transporte de suspensões particuladas no meio poroso considerando as distribuições de tamanho de poros e de partículas. Apenas o fluxo de água via poros acessíveis transporta partículas, ou seja, as partículas não podem acessar poros menores do que elas. No presente trabalho, os efeitos da redução do fluxo de partículas e da inacessibilidade devido ao fluxo seletivo de diferentes tamanhos de partículas são incluídos no modelo estocástico para a filtração profunda. As soluções analíticas obtidas mostram um comportamento físico mais realístico do que o previsto pelo modelo tradicional. O modelo de medição (concentrações totais) obtido difere substancialmente do modelo tradicional para a filtração profunda. Vários dados experimentais foram tratados, mostrando boa concordância e validando o modelo proposto. Um sistema de equações estocásticas para modelar a formação do reboco externo foi proposto e soluções analíticas foram obtidas, permitindo tratar a filtração profunda e a formação do reboco externo, utilizando o mesmo formalismo matemático. / [en] Deep bed filtration of water with particles occurs in several industrial and environmental processes like water filtration and soil contamination. In petroleum industry, deep bed filtration occurs near to injection wells during water injection, causing injectivity reduction. It also takes place during well drilling, sand production control, produced water disposal in aquifers, etc. The particle capture in porous media can be caused by different physical mechanisms (size exclusion, electrical forces, bridging, gravity (sedimentation), etc.). In case of size exclusion mechanism, the larger are the particles and the smaller are the pores, the more intensive is the capture and the larger is the formation damage. Nevertheless, the widely used traditional model does not account for particle and pore size distributions. Considering that particles are captured due to size exclusion mechanism, we derived basic equations for transport of particulate suspensions in porous media, accounting for particle and pore radii distributions. Particles are carried by water flowing through the accessible pore space only, i.e. particles cannot access smaller pores. In the current work, the effects of porous space accessibility and particle flux reduction due to selective flow of different size particles are included into the stochastic deep bed filtration model. The particle and pore ensembles for analytical solutions of the derived system show more realistic physics behaviour than that of the traditional model. Averaging of the derived stochastic equations leads to a new deep bed filtration model that significantly differs from the classical deep bed filtration system. Treatment of several experimental data shows good agreement between the laboratory and modelling data and validates the proposed model. The derived stochastic model has been extended to model formation of external filter cake by particles from the injected polydispersed suspension, allowing treating both deep bed filtration and external filter cake formation in the framework of the same system of governing equations.

[pt] O concreto de ultra alto desempenho (UHPC) reforçado com fibras é um material que foi desenvolvido nas últimas décadas para atender à necessidade de estruturas modernas por um material mais resistente e durável. Suas características altamente não lineares tanto na tração quanto na compressão levam a um comportamento complexo. Além disso, a distribuição não homogênea das fibras e a alta resistência à tração, quando comparada ao concreto convencional, resultam em menor ductilidade para vigas de UHPC. A análise de elementos finitos mostra ser uma ferramenta adequada para representar a resposta de elementos estruturais de UHPC, mas a calibragem do modelo deve ser aplicada corretamente e técnicas de modelagem coerentes devem ser usadas para representar corretamente os tramos pós-pico de curvas força-deslocamento para vigas de UHPC submetidas a testes de flexão de quatro pontos. Foi realizada uma extensa caracterização do material tanto em tração quanto em compressão. Testes axiais monotônicos foram conduzidos para obter curvas tensão-deformação na compressão e tensão-abertura de fissura na tração. Testes cíclicos foram realizados para determinar a evolução do dano experimental em compressão e na tração. Esses dados serviram como referência para calibrar modelos uniaxiais e modelos de evolução de dano de acordo com expressões analíticas disponíveis na literatura. Modelos heterogêneos simulando a dispersão do material nas propriedades mecânicas do UHPC ao longo do volume das vigas foram utilizados para obter uma seção transversal que apresentasse resistência otimizada, mantendo a ductilidade desejada. Finalmente, cinco vigas foram testadas, com diferentes formas e porcentagens de reforço, e estratégias de modelagem foram comparadas aos dados experimentais das vigas. / [en] Ultra-high performance concrete is a material which has been developed in the last decades to fulfill modern structures need for a more resistant and durable material. Its highly nonlinear characteristics in both tension and compression leads to a complex behavior. In addition to that, the inhomogeneous distribution of the fibers and the high tensile strength when compared to conventional concrete result in reduced ductility for UHPC beams. Finite element analysis is shown to be an adequate tool to represent UHPC structural element s response but the model calibration must be correctly applied and coherent modeling techniques must be used to correctly model the post-peak branches of load-displacement curves for UHPC beams subjected to four-point load bending tests. An extensive material characterization in both tension and compression was conducted. Monotonic axial tests were conducted to obtain stress-strain curves in compression and stress-crack opening in tension and cyclic tests were made to determine the experimental damage evolution in compression and in tension. These data served as input to calibrate uniaxial models and damage evolution models according to analytical expressions available in the literature. Heterogeneous models simulating the material dispersion of the mechanical properties of the UHPC over structural beams were used to obtain a cross-section that presented optimized resistance while maintaining target ductility. Finally, five beams were tested, with different shapes and reinforcement ratios and the modeling strategies were benchmarked to the beams experimental data.

[pt] A interação entre o cimento e outros constituintes desempenha um papel importante em várias aplicações de Engenharia, como nas indústrias de construçãocivil e de óleo e gás (OeG). Na indústria da construção, os compósitos cimentícios reforçados com fibras (CRF) ganharam grande destaque por suas excelentes propriedades mecânicas. As fibras podem aumentar a resistência crítica à fissuração do compósito, melhorando a durabilidade do concreto convencional e controlando a propagação de fissuras na matriz cimentícia. Além disso, as fibras desenvolvem um mecanismo de ponte de transferência de tensões na interface, alterando o comportamento pós-pico do compósito. Por outro lado, na indústria de OeG, cimento e aço são elementos estruturais essenciais que devem garantir a integridade de poços e fornecer isolamento para a passagem de fluidos, especialmente em cenários de abandono. Esse mecanismo na interface é considerado crítico, uma vez que uma interação não eficaz pode permitir a formação de caminhos de vazamento no microanular ao longo da interface cimento-aço, gerando a formação de fissuras. Neste sentido, um estudo abrangente dos mecanismos de dano desenvolvidos na interface do cimento é essencial em ambas as aplicações para entender o comportamento mecânico do material. Portanto, faz-se necessário o desenvolvimento de modelos de elementos finitos que considerem os mecanismos de pullout (descolamento, adesão e atrito) e os parâmetros de interface que governam o comportamento mecânico local do cimento. Embora existam numerosos estudos experimentais e modelos numéricos na literatura, o estado-da-arte atual carece de formulações que investiguem os mecanismos de mapeamento de dano e as interações de transferência de tensão na interface do cimento, especialmente considerando diferentes tipos de matriz de cimento e geometrias de fibra de aço.Esta tese aborda uma lacuna crítica na literatura ao propor a modelagem numérica do descolamento interfacial e mecanismos de evolução de dano para materiais cimentícios avançados e em aplicações de integridade de poços. Modelos de elementos finitos elastoplásticos, incorporando formulações coesivas baseadas em superfícies de contato, são empregados para simular o comportamento da interface do cimento. Além disso, ensaios experimentais de caracterização mecânica e análises de microtomografia são realizados para validar e apoiar os resultados do modelo numérico, avaliando a resistência ao cisalhamento e a propagação de dano na interface do cimento. Assim sendo, esta pesquisa pode oferecer contribuições para engenheiros de diferentes áreas aprimorarem o desempenho mecânico e prototipar novos materiais avançados por meio da investigação da evolução do dano. Os modelos de elementos finitos desenvolvidos emergem como ferramentas valiosas para avaliações de desempenho do cimento de maneira eficaz, simulando confiavelmente o comportamento de pullout/pushout. / [en] The interaction between cement and other constituents plays an important role in several engineering applications, such as in the construction and oil and gas (OandG) industries. In the construction industry, fiber-reinforced cementitious composites (FRC) have gained wide prominence for their excellent mechanical properties. Fibers can increase the post-cracking strength of the composite, improving concrete durability and controlling crack propagation in the cement matrix. Moreover, they perform a bridging mechanism at the interface, changing the material post-peak behavior. On the other hand, in the OandG industry, cement and steel are essential structural elements that should ensure well integrity and provide zonal isolation. This interaction is considered critical since a strong bond may prevent the generation of microannulus leakage paths along the cement and steel interface, which also can lead to crack propagation. In this sense, a comprehensive study of the damage mechanisms developed at the cement interface is essential in both applications to understand the material mechanical behavior. Therefore, it is possible to develop finite element models that consider the pullout mechanisms (debonding, adhesion, and friction) and the interface parameters that govern the local mechanical behavior of cement. While numerous experimental studies and numerical models exist, the current state-of-the-art lacks formulations investigating damage mapping and stress transfer interactions at the cement interface, particularly considering different cement matrix types and steel fiber geometries. This thesis addresses a critical gap in the literature by proposing the numerical modeling of interfacial debonding and damage evolution mechanisms for cement advanced materials and well integrity applications. Elastoplastic finite element models, incorporating surface-based cohesive formulations with contact, are employed to simulate cement interface behavior. Additionally, mechanical characterization tests and microCT analyses are conducted to validate and support the numerical model results, assessing shear strength and damage propagation at the cement interface. Therefore, this research can offer insights for engineers across disciplines to enhance mechanical performance and prototype new advanced materials by damage evolution investigation. The developed finite element models emerge as valuable tools for cost-effective evaluations of cement performance through reliably simulating pullout/pushout behavior.

[pt] Na indústria do petróleo, problemas como dano mecânico causam redução da porosidade e permeabilidade de uma formação rochosa, reduzindo a produtividade e injetividade de poços de sistemas de produção de óleo e gás. Na perfuração do poço há alteração do estado de tensões no seu entorno, causando uma deformação na rocha que pode induzir a uma perda significativa da permeabilidade. Nesta dissertação foi realizado um estudo da influência do dano mecânico na porosidade de rochas do tipo arenito. Para isso, utilizou-se a técnica não-destrutiva de microtomografia de raios-x, que permite a visualização da estrutura interna de materiais, acoplada a uma célula desenvolvida para aplicação, in situ, de tensão hidrostática. Uma amostra de arenito como 8 mm de diâmetro foi tomografada em 3 condições: sem carregamento, após a aplicação de tensão hidrostática de 3300 psi e após o descarregamento. A célula permitiu que as variações de carga fossem realizadas sem retirar a amostra do tomógrafo, permitindo uma comparação quantitativa entre as imagens 3D. Nas 3 condições foram obtidos dados como porosidade total, variação da área porosa em cada camada, volume e forma dos poros. / [en] In the oil industry, problems such as mechanical damage reduce the porosity and permeability of a rock formation, reducing the productivity and injectivity of wells in oil and gas production systems. During the well drilling there is a change in the state of the stress in its surroundings, causing a deformation in the rock that can induce a significant loss of permeability. In this dissertation, it was carried out a study regarding the influence of mechanical damage on the porosity of sandstone rocks. In order to do this, the non-destructive technique of x-ray microtomography was used, which allows the visualization of the materials internal structure, coupled to a cell developed for in situ application of hydrostatic stress. A sandstone sample of 8 mm in diameter was scanned under 3 conditions: without load, after application of 3300 psi hydrostatic stress and after unloading. The cell allowed the load variations to be performed without removing the sample from the tomograph, allowing a quantitative comparison between the 3D images in the 3 conditions. Data such as total porosity, variation of the porous area in each layer, volume and shape of the pores were obtained.