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[en] DIRECT SHEAR TESTS ON IPANEMA BEACH SAND / [pt] ENSAIOS DE CISALHAMENTO DIRETO NA AREIA DA PRAIA DE IPANEMA

JOAO VICTOR MELO COUTINHO 04 October 2022 (has links)
[pt] Uma extensa campanha de ensaios de cisalhamento direto foi realizada na Areia da Praia de Ipanema, inspirado em Simões (2015). Os ensaios foram realizados em corpos de prova na condição seca, moldados em seis diferentes domínios de compacidade relativa (CR), desde muito fofo até muito compacto. Para cada domínio de CR, foram realizados ensaios sob dez diferentes valores de tensão normal nominal, variando de 25 a 1250 kPa. Em todos os ensaios, foi utilizado um dispositivo desenvolvido para impedir a rotação do top cap. A grande quantidade e variedade de ensaios permitiu uma análise detalhada de como as características das curvas tensão cisalhante sobre tensão normal versus deslocamento horizontal relativo e deslocamento vertical do top cap versus deslocamento horizontal relativo variaram com as variações de CR e de tensão normal, especialmente o ângulo de atrito de pico e o deslocamento vertical do top cap na ruptura, mostrando contração ou dilatação na ruptura. O ângulo de atrito a volume constante da Areia da Praia de Ipanema parece estar situado entre 30 e 32 graus. Uma curva que relaciona índice de vazios crítico e tensão normal nominal crítica foi obtida a partir dos ensaios de cisalhamento direto na Areia da Praia de Ipanema, sendo análoga à linha de estado crítico proposta por Lee e Seed (1967). Ademais, a alta frequência de aquisição de dados tornou explícito o fenômeno conhecido como stick-slip nas curvas obtidas, mostrando que a amplitude do fenômeno é tanto maior quanto menor a tensão normal nominal. / [en] A comprehensive research program of direct shear tests was carried out on Ipanema Beach Sand, inspired by Simões (2015). The tests were carried out on specimens in dry condition, prepared in six different domains of relative density (Dr), from very loose to very dense. For each Dr domain, tests were performed under ten different values of nominal normal stress, ranging from 25 to 1250 kPa. In all tests, a device developed to prevent the rotation of the top cap was used. The large number and variety of tests allowed a detailed analysis of how the characteristics of the Shear stress over normal stress versus relative horizontal displacement curves and top cap vertical displacement versus relative horizontal displacement curves varied with CR and normal stress variations, especially the peak friction angle and the vertical displacement of the top cap at failure, showing contraction or dilation at failure. The angle of friction at constant volume of the Ipanema Beach Sand seems to be situated between 30 and 32 degrees. A curve relating critical void ratio and critical nominal normal stress was obtained from the direct shear tests run on Ipanema Beach Sand, being analogous to the critical state line proposed by Lee and Seed (1967). Moreover, the high frequency of data acquisition made explicit the phenomenon known as stickslip in the obtained curves, showing that the amplitude of the phenomenon is greater the smaller the nominal normal stress.
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[pt] GEOMECÂNICA DE ROCHAS SALINAS APLICADA A PROJETOS ESTRATÉGICOS DE ENGENHARIA / [en] SALT GEOMECHANICS APPLIED TO STRATEGIC ENGINEERING PROJECTS

PEDRO ALCIDES LOBO PENNA FIRME 20 June 2022 (has links)
[pt] A importância do sal em diversas atividades humanas tem acompanhado as fases principais da civilização. Aplicações estratégicas e inovadoras envolvendo rochas salinas são planejadas até os dias atuais, tais como barreiras geológicas para abandono de poços e cavernas de estocagem para novas fontes de energia ou descarbonização. Esta tese foca no comportamento geomecânico do sal com atenção especial à fluência, dilatância, efeitos térmicos e seus impactos no comportamento hidráulico. Modelos deram suporte ao desenvolvimento de metodologias para avaliação de condições de integridade e estanqueidade de projetos estratégicos no contexto de energia. Eles incluem o abandono de poços do pré-sal, cavernas de sal e sal como rocha capeadora de reservatórios carbonáticos. Simulações numéricas avançadas utilizando o framework GeMA investigaram cenários representativos de cada projeto. Para tanto, modelos constitutivos de fluência, condições de contorno customizadas e variáveis de saída específicas foram implementados. Dentre os modelos de fluência, o EDMT foi desenvolvido no contexto desta pesquisa de doutorado, com foco no sal brasileiro. Os estudos de caso conduziram a observações importantes. Um poço do pré-sal pode fechar completamente por fluência após a remoção do revestimento. A redução da pressão e o aquecimento do poço aceleraram seu fechamento de modo significativo. No cenário mais crítico, a permeabilidade final foi ligeiramente superior a 100 vezes o valor inicial. Uma caverna de sal pode suportar mecanicamente ciclos de pressão causados por um esquema contingencial de fornecimento de hidrocarbonetos, embora uma permeabilidade final de 6,5 vezes o valor inicial tenha sido observada. Na geomecânica de reservatórios, a contribuição da fluência da rocha capeadora na subsidência é pequena e irreversível mesmo que a pressão do reservatório seja recuperada. As mudanças na permeabilidade foram sutis apesar da contribuição da fluência do sal e da variação de pressão do reservatório. A revisão da literatura, os modelos de fluência, as metodologias de análise, as funcionalidades incorporadas ao framework e as discussões motivadas pelos estudos de caso representam o valor agregado da tese para a comunidade científica e para a indústria no que tange ao aproveitamento estratégico de rochas salinas. / [en] The importance of salt in many human activities has accompanied the main phases of civilization. Strategic and innovative applications in salt rocks are planned until the present day, such as geological barriers for well abandonment and storage caverns for new energy sources or decarbonization. This thesis focuses on the geomechanical behavior of salt with special regards to creep, dilation, thermal effects and their impact on the hydraulic behavior. Models have supported the development of methodologies to assess integrity and tightness conditions of strategic projects in the context of energy. These include Pre-salt well abandonment, salt caverns and salt as caprock of carbonate reservoirs. Advanced numerical simulations using the framework GeMA have investigated representative scenarios of each project. To this end, creep constitutive models, customized boundary conditions and specific output variables have been implemented. Among the creep models, the EDMT has been developed in the context of this doctoral research, focusing on Brazilian salt. The case studies have led to important findings. A Pre-salt well can close completely by creep after casing removal. Pressure reduction and well heating have accelerated closure significantly. In the most critical scenario, the final permeability was slightly higher than 100 times the initial value. A salt cavern can mechanically support pressure cycles caused by a contingency hydrocarbon supply scheme; however, a final permeability of 6.5 times the initial value has been noticed. In reservoir geomechanics, the caprock creep contribution in the subsidence is small and irreversible even if the reservoir pressure is recovered. Permeability changes have been subtle despite the creep contribution and the reservoir pressure variation. The literature review, the creep models, the analysis methodologies, the capabilities incorporated into the framework and the discussions motivated by the case studies represent the added value of the thesis to the scientific community and industry regarding the strategic use of salt rocks.

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