[pt] Desde a sua origem, as abordagens a problemas de Otimização Combinatória polarizam-se entre métodos exatos e heurísticos. Recentemente, porém, estratégias que combinam ambos os métodos têm sido propostas para os mais variados problemas, apresentando resultados promissores. Nesse contexto, destacam-se os conceitos de vizinhaças de bola e elipsoidal, que realizam buscas em relação a uma ou mais soluções de referência. Este trabalho estuda a aplicação de tais vizinhanças para o Problema de Roteamento de Veículos com Restrição de Capacidade (CVRP), sobre o algoritmo de Branch-and-Cut-and-Price Robusto. Experimentos foram realizados e seus resultados analisados. / [en] Since its inception, approaches to Combinatorial Optimization were polarized between exact and heuristic methods. Recently, however, strategies that combine both methods have been proposed for various problems, showing promising results. In this context, the concepts of ball and ellipsoidal neighborhood appear, which perform a search regarding one or more reference solutions. This work studies the application of such neighborhoods for the Capacitated Vehicle Routing Problem (CVRP), using the Robust Branchand- Cut-and-Price algorithm. Experiments were made and its results were analyzed.

[pt] O desenvolvimento da indústria de Gás Natural pelo mundo resultou em um processo de integração entre os setores de gás natural e eletricidade em diversos países. Entretanto, em alguns casos, como o Brasil, apesar de a demanda de gás para uso convencional (industrial, comercial, residencial, GNV) ter crescido a taxas relativamente altas, ela sozinha ainda não justifica novos grandes investimentos na produção e no transporte de gás. Verifica-se que, neste caso, o setor de energia desempenha um papel indispensável por se tratar do maior mercado potencial de gás natural, com a escala suficiente para ser a âncora de demanda que viabiliza os investimentos em produção e transporte do gás. Todavia, devido à predominância hidrológica no sistema elétrico Brasileiro, o despacho das térmicas é bastante volátil e, por conseqüência, o consumo de gás das térmicas é bastante variável. Assim, o produtor de gás está sujeito a um fluxo de caixa muito volátil e incerto e cláusulas de compra compulsória de gás (takeor-pay) e de remuneração do custo da infra-estrutura (ship-or-pay) são observadas. Enquanto estas cláusulas trazem certeza necessária para viabilizar a produção, elas oneram excessivamente os custos das Usinas Térmicas, que se vêem obrigadas a pagar pelo combustível e, portanto, gerar, mesmo quando o preço da energia esteja inferior ao seu custo marginal de produção. Tendo em vista este cenário, foi recentemente discutida no âmbito do Governo Federal a criação de um mercado flexível de gás natural, onde contratos interruptiveis de gás (lastreados no take-or-pay das térmicas) seriam fornecidos a consumidores industriais. Nestes contratos, o fornecimento seria interrompido se a Usina Térmica fosse despachada. O objetivo desta tese é analisar a criação deste mercado sob a ótica dos consumidores. Será verificada a disposição a pagar por um contrato interruptível de gás levando em consideração a incerteza associada ao suprimento (que depende da prioridade de uso do gás pelas térmicas) e o perfil de risco destes consumidores. / [en] With the development of the gas industry worldwide, a process of strengthening the integration between the natural gas and the electricity sectors is underway in several countries. However, although gas demand has been growing at relatively high rates, this demand growth solely is unlikely to justify new large investments in gas production and transportation. This means that the power sector ends up being the largest potential market for natural gas, with the needed scale to provide the necessary anchor demand to spur these production and infrastructure investments. The hydro predominance in the country creates volatility on the dispatch of the gas-fired plants, which ends up creating an undesirable (from the gas-sector point of view) volatility in the natural gas consumption. Since the gas-market is still incipient, gas contracts are typically of long-term with high take or pay and ship or pay clauses to ensure financing of the production- transportation infrastructure. From the power sector point of view, these clauses are undesirable: due to the uncertainty of dispatch gas-based generators want to negotiate a higher flexibility. As such, the aim of this work is to determine the impacts due to the creation of a flexible (secondary) gas market from the costumers´ point of view. It will be also developed the costumers´ willto- contract curve, which will take into account the uncertainty of thermoelectric dispatch (that rules the gas availability over this new proposed market) and the risk-profile of costumers.

[pt] A Prefeitura de Bogotá, publicou em 2015 o Plano Urbanístico do Centro Ampliado de Bogotá (PUCAB) cujo objetivo principal era diminuir a segregação socioespacial evidente nos limites geográficos da cidade, onde nas periferias habita a classe socioeconômica baixa, e no centro da cidade habitam as classes média e alta, ao mesmo tempo em que é almejado o adensamento da cidade, alocando pessoas num número equivalente ao aumento populacional para o ano 2020 no setor analisado e delimitado geograficamente sob condições de mobilidade de tempos de chegada aos polos de emprego em máximo 20 minutos nos transportes públicos e 10 minutos a pé até as estações dos sistemas coletivos, isso desde qualquer ponto dentro do setor do Centro Ampliado. A partir do objetivo geral de alocar pessoas de classe socioeconômica baixa no centro da cidade e, das variáveis de delimitação geográfica, deduz-se a intensão de alocar à população adensada em zonas em que são permitidos os percursos curtos lar-trabalho-lar, de onde surge a hipótese de tese do não cumprimento de tempos máximos de 20 minutos nos transportes públicos ainda submetidos ao transito veicular no setor do PUCAB; comprovação feita com base nas pesquisas da Secretaria Distrital de Mobilidade (2015). Avalia-se o limite geográfico do setor do PUCAB e se apresentam metodologias de priorização de adensamento em zonas em que são permitidos os deslocamentos curtos das casas à maior oferta de emprego e, outras atividades habituais dos cidadãos. / [en] The Bogota Humana series (2015) published a book entitled Urbanistic Plan for the Enlarged Bogota s Downtown (PUCAB in Spanish) aimed at turning Bogota into a more egalitarian and environmentally friendly city, with spaces where sustainable mobility is promoted. Among other objectives, the book proposes a structured densification of the historical downtown and nearby sectors of Bogotá, the Colombian capital city. The project intended to mitigate the existing sociospatial segregation characterized by low class people living towards the city periphery and middle-high classes living in the so-called Enlarged Downtown. The search for social inclusion should be promoted in Bogota by forcing spatial inclusion, i.e., by dislocating low class population to central areas equipped with better public facilities (TORRES et al. 2009). The dislocated population will benefit from subsidies programs similar to the ones they now receive. The advantages of concentrating low class residences close to high employment areas are obvious as most of these people have precarious labor conditions and commute long distances (ALCALDÍA DE BOGOTÁ, 2015). The economy of Bogota is mostly based in factories and sales, which employ low class employers (GUTIÉRREZ, 2011). This fact underscores the convenience of dislocating these people who presently commute mostly from the periphery, so that they can get better access to jobs with shorter commutes, and eventually to other job offers. The densification initiative is understood as an activity that precedes economic growth for the city and the country, while improving urban mobility through decreasing pendulum-like tides, originated by people who live in the periphery and work downtown. Though urban zoning is coherent with the Urban Plan main goal regarding socio-spatial segregation, it is not part of the land zoning variables defined in the same document. Because of this, there is a discussion about the environmental and socio viability of densifying the enlarged Bogota downtown. The discussion is mentioned but scarcely analyzed in the Urban Plan.

[pt] Modelos de bielas e tirantes são, em última análise, representações discretas dos campos de tensão nos elementos estruturais de concreto armado próximos da ruptura e visam possibilitar um projeto consistente de todos os elementos estruturais. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um programa de otimização topológica que gere e permita a visualização de um modelo de bielas e tirantes para elementos estruturais de concreto armado. O modelo gerado auxilia o engenheiro de projetos na compreensão dos caminhos de forças. Inicialmente o usuário deve ter como dado de entrada uma malha refinada em elementos finitos. A partir daí o programa calcula as tensões através da análise elástica por elementos finitos. As técnicas de otimização topológica usadas neste trabalho foram a do método da flexibilização súbita ( hard- kill method ) e a do método da remoção. No primeiro processo, os elementos com tensões baixas, que estão sendo usados ineficientemente têm seus módulos de elasticidade bruscamente reduzidos, enquanto que no método da remoção, estes elementos são retirados da malha. Tanto para modificar o módulo de elasticidade do elemento, quanto para retirar o elemento da malha, as tensões principais nos elementos são comparadas com uma tensão de referência definida como uma fração da maior tensão principal na malha. Caso essa tensão principal no elemento seja menor que a referida tensão de referência o elemento tem seu módulo de elasticidade modificado ou é eliminado conforme o método. A distribuição de tensão nos elementos é acompanhada pelo usuário através do módulo de visualização do programa e o processo de otimização topológica é repetido até que o critério de convergência imposto seja alcançado. / [en] Strut and tie models are ultimately discrete representations of the stress fields in the structural elements of reinforced concrete close to failure and they are meant to help the engineer to design a consistent project of all structural elements. This work aims to develop a program of topological optimisation that generates and allows the visualisation of a strut and tie model for structural elements of reinforced concrete. The generated model helps the project engineer to understand the load paths inside the element. Initially the user should have as data a refined finite element mesh. Starting from this point the program calculates the stress fields through a linear elastic finite element analysis. The techniques used for topological optimisation in this work are namely the hard-kill method and the method of removal. In the first process, the elements with low stress levels, that are not being used efficiently, have their elasticity modules abruptly reduced, while in the method of removal, these elements are removed from the mesh. Either to modify the elasticity module of the element or to remove the element from the mesh the principal stresses in each element are compared with a reference stress defined as a fraction of the largest principal stress in the mesh. If the principal stress in the element is smaller than this above mentioned reference stress the element has its elasticity module modified or is removed, depending on the method. The distribution of stresses in the elements can be followed by the user through the module of visualisation of the program and the process of topological optimisation is repeated until the specified convergence criterion is reached. / [es] Modelos de bielas y tirantes son, en último análisis, representaciones discretas de los campos de tensión de los elementos extructurales de concreto armado próximos a la ruptura. Su objetivo principal es ejecutar un proyecto que incluya todos los elementos extructurales. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar un programa de optimización topológica que genere y permita la visualización de un modelo de bielas y tirantes para elementos extructurales de concreto armado. El modelo generado auxilia al ingeniero de proyectos en la comprensión de los caminos de fuerzas. Inicialmente el usuario debe tener como dato de entrada una malla refinada de elementos finitos. Así, el programa calcula las tensiones a través del análisis elástica por elementos finitos. Las técnicas de optimización topológica usadas en este trabajo fueron el método de la flexibilización súbita ( hard- kill method ) y el método de la remoción. En el primer proceso, los elementos con tensiones bajas, que están siendo utilizados ineficientemente tienen sus módulos de elasticidad bruscamente reducidos, mientras que en el método de la remoción, estos elementos son retirados de la malla. Tanto para modificar el módulo de elasticidad, cuanto para retirar el elemento de la malla, las tensiones principales en los elementos se comparan con una tensión de referencia definida como una fracción de la mayor tensión principal en la malla. En el caso en que esa tensión principal en el elemento sea menor que la tensión de referencia, el elemento tiene su módulo de elasticidad modificado o es eliminado conforme el método. El usuario acompaña la distribuición de tensión en los elementos a través del módulo de visualización del programa y el proceso de optimización topológica se repite hasta alcanzar el criterio de convergencia impuesto.

[pt] O processo decisório na logística humanitária compreende diversos tipos de prioridades que por vezes estão relacionados com situações de vida ou morte. Neste grau de importância, os objetivos a serem perseguidos pelos tomadores de decisão na situação de um desastre e as restrições do problema devem ser estabelecidos para se alinhar com os anseios das vítimas e com as limitações existentes. Este estudo visa analisar de que maneiras as prioridades conflitantes num problema repleto de incertezas como em um desastre podem impactar o resultado do atendimento humanitário no que tange à sua eficiência, efetividade e equidade (3E). A dissertação apresenta o papel de alguns objetivos e restrições conflitantes (trade-offs) na tomada de decisão durante a fase de preparação para um desastre. Para tal, modelos de otimização estocástica são propostos utilizando-se dos conceitos de desempenho via 3E e sensibilidade ao risco, através da medida CVaR. Os resultados sugerem que a inclusão da aversão ao risco pode levar a um sistema mais efetivo em média. Outro ponto importante é que o modelo de minimização de custos incluindo o custo da falta forneceu uma resposta com melhor desempenho do que na maximização de equidade ou de cobertura de forma independente. Além disso, a restrição de orçamento (eficiência) quando mal dimensionada pode tornar um problema de maximização de cobertura (efetividade) desnecessariamente ineficiente. Conclui-se que a priorização da maximização conjunta da eficiência e da efetividade com restrição de inequidade e sensibilidade ao risco torna o modelo mais preciso quanto ao atendimento das vítimas do desastre. / [en] The decision-making process in humanitarian logistics comprises several types of priorities that are sometimes related to life or death situations. In this degree of importance, the objectives to be pursued by decision-makers in the event of a disaster as well as the constraints of the problem must be established to align both with the needs of the victims and with the existing limitations. This study aims at analyzing how conflicting priorities in an uncertainty-filled problem such as a disaster can impact the performance of the solution with respect to its efficiency, effectiveness and equity (3E). The dissertation presents the role of some decision-making trade-offs within disaster preparedness phase. For this, stochastic optimization models are proposed using the concept of 3E-performance and risk sensitivity, through the measure CVaR. Results indicate that the inclusion of risk aversion may lead to a more effective system on average. Another important point is that the cost minimization model including the shortage penalty provided a better performing response than in equity or coverage maximization independently. In addition, budget constraint (efficiency) when poorly dimensioned can make a problem of maximizing coverage (effectiveness) unnecessarily inefficient. It is concluded that the prioritization of the joint maximization of efficiency and effectiveness with restriction of inequity and risk sensitivity makes a model more precise as regards the care of the disaster victims.

[pt] Otimização estrutural sujeita a carregamentos dinâmicos é um problema desafiador em vários aspectos, a começar pelo grande número de restrições que devem ser atendidas em todos os instantes de tempo. Além disso, o custo computacional para avaliar os gradientes destas restrições é bastante elevado e requer um grande espaço de armazenamento. Na literatura, alguns métodos reduzem o número de restrições avaliando em instantes de tempo selecionados, como o pior caso por exemplo, ou ainda constroem um funcional equivalente, integrando as restrições violadas ao longo do tempo, assim eliminando essa dependência. Nesta dissertação, o método do Carregamento Estático Equivalente (ESL) é utilizado, no qual o problema dinâmico original é transformado em uma sequência de subproblemas de otimização linear estática com múltiplos casos de carga. Um atrativo deste método é a possibilidade da solução de problemas não lineares, evitando o alto custo devido às repetidas análises estruturais e cálculos das restrições. Problemas clássicos de treliças planas submetidas a carregamentos dinâmicos são resolvidos utilizando o método ESL. A função a ser minimizada é a massa da treliça, que está sob restrições de tensão e deslocamento, onde as variáveis de projeto são as áreas da seção transversal dos membros. Além disso, uma interface utilizando ANSYS e MATLAB é desenvolvida para uma abordagem modular, na qual a análise via elementos finitos e a otimização possam ser realizadas separadamente. Este processo viabiliza a otimização de estruturas que apresentam comportamentos não lineares a partir da utilização de diversos softwares comerciais disponíveis no mercado. / [en] Structural optimization subject to dynamic loading is a challenging problem in many aspects, starting with the large number of constraints that must be respected at all instants of time. Furthermore, the computational cost to evaluate the gradients of these constraints is significantly high and requires a large storage space. In the literature, some methods reduce the number of constraints evaluating at selected instants of time, such as the worst case. Alternatively, a single equivalent functional is constructed to eliminate the time dependence by integrating the violated constraints over time. In this work, the Equivalent Static Load (ESL) method is used, in which the original dynamic problem is reduced into a number of static linear optimization problems with multiple load cases. An attractive feature of this method is the possibility of solving non-linear problems, avoiding the high cost due to repeated structural analyzes and constraint calculations. Classical problems of plane trusses subjected to dynamic loads are solved using the ESL method. The function to be minimized is the truss mass, which is subjected to stress and displacement constraints, where the design variables are the cross-sectional areas of the members. In addition, an interface using ANSYS and MATLAB was developed for a modular approach, in which finite element analysis and optimization can be performed separately. This process makes possible the optimization of structures that present non-linear behavior from the use of most structural analysis software packages available on the market.

[pt] A otimização topológica tem por objetivo buscar uma distribuição ótima de uma quantidade limitada de material em um dado domínio, de tal maneira a minimizar uma medida de desempenho, como, por exemplo, a flexibilidade da estrutura. Tradicionalmente, são utilizados algoritmos clássicos, baseados em gradiente, para se encontrar a solução deste problema de otimização. Este trabalho propõe a aplicação de uma técnica alternativa, baseada no conceito de derivada topológica, para a solução do problema de otimização topológica em domínios bidimensionais arbitrários, utilizando malhas de elementos finitos poligonais. Inicialmente, são apresentados os conceitos básicos da expansão assintótica topológica na solução de problemas de elasticidade linear em um domínio com pequenas perturbações. Usamos esse conceito para definir a derivada topológica a partir da solução desse problema e de um equivalente em um domínio sem perturbações. Em seguida, discutimos a obtenção da derivada topológica em problemas unidimensionais simples para depois estender este conceito para problemas de elasticidade linear bidimensional. Apresentamos uma implementação computacional da derivada topológica, em MATLAB, e aplicamos o código desenvolvido na solução de problemas de otimização topológica, conhecidos na literatura. Finalmente, apresentamos as conclusões sobre a qualidade dos resultados obtidos e a eficiência computacional da implementação proposta e sugerimos alguns tópicos para futuros desenvolvimentos. / [en] The purpose of topology optimization is to find the optimum material distribution of a limited amount of material in a given domain, in such a way that it minimizes a performance measure, such as the structure s compliance. Traditionally, classical algorithms based on gradients are used to obtain the solution of optimization problems. This work proposes the application of an alternative technique, based on the topological derivative concept, for the solution of topology optimization problems in arbitrary two-dimensional domains, using polygonal finite element meshes. Initially, the basic concepts of topological asymptotic expansion of linear elasticity problems in a domain with small perturbations are presented. We use this concept to define the topological derivative from the solution of this problem and an equivalent one on a domain without perturbations. Then, we discuss how to calculate the topological derivative for one-dimensional problems before extending this concept to two-dimensional linear stability problems. We present a computational implementation of the topological derivative in MATLAB, and apply the developed code to solve topology optimization problems known in the literature. Finally, we present some conclusions about the quality of the results obtained and the computational efficiency of the proposed implementation and suggest some topics for future developments.

[pt] Sepse é considerada uma carga na saúde e na economia global. No Brasil, a sepse é a principal causa de morte em Unidades de Terapia Intensiva, bem como uma das principais causas de mortalidade hospitalar tardia. Nesta tese, inicialmente apresenta-se um relatório epidemiológico brasileiro de sepse contemplando 10 anos utilizando dados do Sistema Único de Saúde (SUS). Em seguida, mostra-se um estudo que apoia os estabelecimentos de saúde na avaliação e otimização de seus protocolos clínicos de sepse usando técnicas de mineração de processos. Um protocolo clínico consiste em um plano de cuidados bem definido, que inclui uma ordem clara e tempo para a execução de intervenções com resultados esperados. Durante a execução deste estudo, identificou-se a falta de técnicas de mineração de processos para a otimização de protocolos clínicos. Assim, neste trabalho foi proposta, implementada e testada uma nova técnica de mineração de processos que auxilia usuários na otimização de seus processos. Esta técnica foi aplicada para a melhoria de protocolos clínicos. A técnica desenvolvida (Multi-CAT) identifica e destaca um conjunto de atividades e subsequências que promovem resultados positivos ou negativos, considerando múltiplos critérios simultâneos. A técnica foi aplicada com sucesso em um protocolo clínico de sepse, na qual foram adquiridas mais recomendações de otimização do que foi previamente obtido em análise manual. Conclui-se que a técnica desenvolvida apresenta grande potencial para auxiliar na otimização de processos com bom desempenho. No cenário de testes mais complexo, com 58 atividades, 50.000 casos e 14.451 variantes, Multi-CAT utilizou 2,04 minutos para executar a análise. Para finalizar, a ferramenta foi validada em dois processos distintos, indicando potencial para ser aplicada em outras áreas de negócio. / [en] Sepsis is considered a worldwide health and economic burden. In Brazil, sepsis is the major cause of death in Intensive Care Units, as well as, one of the main causes of late hospital mortality. In this thesis, we first provide a 10 years population-level epidemiology report of sepsis in Brazil, using data from the Brazilian Unified Health System. Secondly, we present a research study that supports health care facilities in the evaluation and optimization of their sepsis clinical pathways (CP) using process mining techniques. A CP consists of a well-defined care plan, which includes a clear order and time for the execution of interventions with expected outcomes. During the execution of this study, it became clear for us the lack of existing process mining techniques for the optimization of CPs. Thus, we proposed, implemented and tested a novel process mining technique that supports users to improve their processes and we applied it for CP improvement. Our developed technique (Multi-CAT) identifies and highlights a set of activities and sub-sequences that provide positive or negative outcomes considering multiple simultaneous criteria. We successfully applied our technique in a real sepsis CP, and we acquired more optimization insights that we got in our previous manual analysis. We conclude that Multi-CAT has high potential to help in the optimization of processes with a good performance. In the most complex test scenario, with 58 activities, 50,000 cases and 14,451 variants, Multi-CAT took 2.04 minutes to execute the analysis. Finally, the tool was validated in two different processes, indicating potential capability to be applicable to other business areas.

[pt] Prospecção de petróleo usa um equipamento chamado coluna de perfuração para escavar o solo até o nível do reservatório. Este equipamento é uma longa coluna, sob rotação, composto por uma sequência de tubos de perfura ção e equipamentos auxiliares conectados. A dinâmica desta coluna é muito complexa, porque sob condições normais de operação, ela está sujeita à vibrações longitudinais, laterais e torcionais, que apresentam um acoplamento não-linear. Além disso, a estrutura está submetida a efeitos de atrito e choque devido a contatos mecânicos entre os pares broca/rocha e tubos de perfuração/parede do poço. Este trabalho apresenta um modelo mecânico-matemático para analisar uma coluna de perfuração em configuração horizontal. Este modelo usa uma teoria de viga com inércia de rotação, deformação cisalhante e acoplamento não-linear entre os três mecanismos de vibração. As equações do modelo são discretizadas utilizando o método dos elementos finitos. As incertezas dos parâmetros do modelo de interação broca-rocha são levandas em conta através de uma abordagem probabilística paramétrica, e as distribuições de probabilidades dos parâmetros aleatórios são construídas por meio do princípio da entropia máxima. Simulações numéricas são conduzidas de forma a caracterizar o comportamento dinâmico não-linear da estrutura, especialmente, da broca. Fenômenos dinâmicos inerentemente não-lineares, como stick-slip e bit-bounce, são observados nas simulações, bem como choques. Uma análise espectral mostra que, surpreendentemente, os fenômenos de stick-slip e bit-bounce são resultado do mecanismo de vibração lateral, e que os fenômenos de choque decorrem da vibração torcional. Visando aumentar a eficiência do processo de perfuração, um problema de otimização que tem como objetivo maximizar a taxa de penetração da coluna no solo, respeitando os seus limites estruturais, é proposto e resolvido. / [en] Oil prospecting uses an equipment called drillstring to drill the soil until the reservoir level. This equipment is a long column under rotation, composed by a sequence of connected drill-pipes and auxiliary equipment. The dynamics of this column is very complex because, under normal operational conditions, it is subjected to longitudinal, lateral, and torsional vibrations, which presents a nonlinear coupling. Also, this structure is subjected to friction and shocks effects due to the mechanical contacts between the pairs drill-bit/soil and drill-pipes/borehole. This work presents a mechanical-mathematical model to analyze a drillstring in horizontal configuration. This model uses a beam theory which accounts rotatory inertia, shear deformation, and the nonlinear coupling between three mechanisms of vibration. The model equations are discretized using the finite element method. The uncertainties in bit-rock interaction model parameters are taken into account through a parametric probabilistic approach, and the random parameters probability distributions are constructed by means of maximum entropy principle. Numerical simulations are conducted in order to characterize the nonlinear dynamic behavior of the structure, specially, the drill-bit. Dynamical phenomena inherently nonlinear, such as slick-slip and bit-bounce, are observed in the simulations, as well as shocks. A spectral analysis shows, surprisingly, that slick-slip and bit-bounce phenomena result from the lateral vibration mechanism, and that shock phenomena comes from the torsional vibration. Seeking to increase the efficiency of the drilling process, an optimization problem that aims to maximize the rate of penetration of the column into the soil, respecting its structural limits, is proposed and solved. / [fr] La prospection de pétrole utilise un équipement appelé tube de forage pour forer le sol jusqu au niveau du réservoir. Cet équipement est une longue colonne rotative, composée d une série de tiges de forage interconnectées et d équipements auxiliaires. La dynamique de cette colonne est très complexe car dans des conditions opérationnelles normales, elle est soumise à des vibrations longitudinales, latérales et de torsion, qui présentent un couplage non linéaire. En outre, cette structure est soumise à des effets de frottement et à des chocs dûs aux contacts mécaniques entre les paires tête de forage/sol et tube de forage/sol. Ce travail présente un modèle mécaniquemathématique pour analyser un tube de forage en configuration horizontale. Ce modèle utilise la théorie des poutres qui utilise l inertie de rotation, la déformation de cisaillement et le couplage non linéaire entre les trois mécanismes de vibration. Les équations du modèle sont discrétisées par la méthode des éléments finis. Les incertitudes des paramètres du modèle d interaction tête de forage/sol sont prises en compte par l approche probabiliste paramétrique, et les distributions de probabilité des paramètres aléatoires sont construites par le principe du maximum d entropie. Des simulations numériques sont réalisées afin de caractériser le comportement dynamique non lináaire de la structure, et en particulier, de l outil de forage. Des phénom ènes dynamiques non linéaires par nature, comme le slick-slip et le bit- bounce, sont observés dans les simulations, ainsi que les chocs. Une analyse spectrale montre étonnamment que les phénomènes slick-slip et bit-bounce résultent du mécanisme de vibration latérale, et ce phénomène de choc vient de la vibration de torsion. Cherchant à améliorer l efficacité de l opération de forage, un problème d optimisation, qui cherche à maximiser la vitesse de pénétration de la colonne dans le sol, sur ses limites structurelles, est proposé et résolu.

[pt] Nesta tese é apresentada uma metodologia de seleção de modelos em experimentos mistura-processo e reunidas as técnicas estatísticas necessárias ao planejamento e análise de experimentos com mistura com ou sem variáveis de processo. Na pesquisa de seleção de modelos foi utilizado um experimento para determinar as proporções ótimas de um misto químico do mecanismo de retardo para ignição de um motor foguete. O misto químico consiste de uma mistura de três componentes. Além das proporções dos componentes da mistura, são consideradas duas variáveis de processo. O objetivo do estudo é investigar as proporções dos componentes da mistura e os níveis das variáveis de processo que colocam o valor esperado do tempo de retardo (resposta) o mais próximo possível do valor alvo e, ao mesmo tempo, minimizam o tamanho do intervalo de previsão de uma futura resposta. Foi ajustado um modelo de regressão linear com respostas normais. Com o modelo desenvolvido foram determinadas as proporções ótimas dos componentes da mistura e os níveis ótimos das variáveis de processo. Para a seleção do modelo foi utilizada uma metodologia de duas etapas, que provou ser eficiente no caso estudado. / [en] This thesis presents a methodology for model selection in mixture-process experiments and puts together the statistical techniques for the design and analysis of mixture experiments with or without process variables. An experiment of a three-component mixture of a delay mechanism to start a rocket engine was used in the research. Besides the mix components proportions, two process variables are considered. The aim of the study is to investigate the proportions of the mix components and the levels of the process variables that set the expected delay time (response) as close as possible to the target value and, at the same time, minimize the width of the prediction interval for the response. A linear regression model with normal responses was fitted. Through the developed model, the optimal proportions of the mix components and the levels of the process variables were determined. A two-stage methodology was used to select the model. This methodology for model selection proved to be efficient in the studied case.