[pt] O presente trabalho apresenta os resultados de um programa experimental com o intuito de determinar propriedades de deformabilidade e tensões in-situ em rochas gnáissicas. A determinação das tensões in situ é fundamental para qualquer trabalho em mecânica de rochas, serve como condições de campo em problemas de engenharia e em escalas maiores dá alguns indícios do mecanismo que ocasiona a movimentação de placas tectônicas. O módulo de deformabilidade é um dos principais parâmetros de entrada na análise do comportamento de maciços rochosos que incluem deformações. Este parâmetro geralmente é obtido a partir de ensaios de laboratório em amostras de rochas. Em geral os resultados destes ensaios não representam as propriedades in situ de todo o maciço rochoso, pois uma amostra intacta em laboratório pode ser muito menor que o maciço rochoso que contêm um grande número de planos de fraqueza. A presente pesquisa compreende as etapas de projeto, montagem e aplicação de um pressiômetro como um instrumento para a determinação dos parâmetros de deformabilidade e estado de tensões nos maciços rochosos. Os dados obtidos foram usados para investigar a variação destes parâmetros com o grau de intemperismo. Um sistema de instrumentação foi projetado para tentar monitorar a resposta da rocha às solicitações de carregamento (no caso da determinação do módulo de deformabilidade) e descarregamento (no caso de medição das tensões in situ). A aplicação do pressiômetro foi realizada em maciços rochosos localizados no cidade do Rio de Janeiro afetados por diferentes níveis de intemperismo. Realizaram-se ensaios de pressurização e medição de deslocamentos no momento da escavação dos furos para determinar o estado de tensões da rocha. Os resultados foram processados, interpretados e comparados com ensaios de laboratório anteriormente realizados por outros autores. / [en] This thesis presents the results from an experimental program with intention to determine the properties of deformabilty and in situ stress in gnaissic rocks. The determination of in situ stress is fundamental for any work in rock mechanics, it is use like field conditions at the in engineering problems, and in bigger scales it gives some indications of the mechanics that produce the tectonics plate`s movements. The deformation`s modulus is one of the main parameters in the analysis of the behavior of rocks mass that include deformations. This parameter usually is gotten from laboratory assays in rocks samples. In general the results of these assays do not represent the in situ properties of all the rock mass, therefore an intact rock sample in laboratory could be smaller that the rock mass that contains a great number of weakness planes. This research understands the stages of project, assembly and application of the pressuremeter as an instrument for the determination of the deformability and in situ stress parameters in rock mass. The gotten data had been used to investigate the variation of these parameters with the weathering degree. An instrumentation system was projected to try to monitor the answer of the rock to load (in the case of deformability`s modulus) and unload (in the case of in situ stress measurement). The application of the pressuremeter was carried trough in rock masses located in the Rio de Janeiro city whose were affected by different levels of weathering. Assays of pressurization and measurements of displacements at the moment of the hole drilling in order to determine the in situ stress. The results had been processing, interpreted and compared with laboratory assays previously carried trough by another authors.

[pt] Utilizam-se métodos de energia para a análise das resultantes de tensões que surgem em cascas esféricas de pequena espessura, submetidas a pressão interna. A análise é conduzida, aplicando o princípio da Energia Potencial Mínima, primeiramente através do método de Ritz e, logo após, através da descretização do vaso em elementos finitos, aproveitando a simetria da casca e utilizando um elemento curvilíneo. São obtidos resultados numéricos, estudando-se o comportamento dos esforços e distribuições dos mesmos, para calotas esféricas com engaste circunferêncial na base. Admitem-se variações na posição do vínculo assim como a presença ou não de um apoio elástico com espessura constante ou variável. / [en] The stress analysis of spherical shells subjected to internal pressures, using energy methods is presented in this paper. The performance of the Ritz method was compared with a finite element method using a curvilinear element, for axisymmetric loads. It is shown that the F.B.M gives superiors results, particularly when the shell is supported elastically. The analysis was performed for different support conditions and shells with non-uniform thickness. Several numerical results were collected in order to compare the relative advantages of the flexibility of the elastic foundation, the flexibility of the shell and the location of the clamped edge along the meridian.

[pt] Em geral, barras combustíveis de reatores nucleares consistem de um tubo de liga metálica contendo pastilhas de combustíveis óxidos. O agrupamento destas barras em feixes caracteriza a formação de elementos combustíveis. No presente trabalho, são realizadas análises termomecânicas e de efeitos de irradiação em barras combustíveis cilíndricas. Para determinação de inchamento por irradiação é utilizado um modelo baseado na teoria de difusão térmica e em mecanismos de difusão superficial e de evaporação-condensação. É considerado o movimento de bolhas nesta determinação. A pressão média dos gases é calculada. É desenvolvido um programa de computador, NITSA, que simula o comportamento da barra combustível no reator, incluindo em suas determinações o cálculo de distribuições de temperatura, tensões e deformações em toda a barra combustível. / [en] Generally, fuel rods of nuclear reactors consist of a metalic alloy tube containing oxide fuel pellets. Fuel elements are formed by fuel rods disposed in bundles. In the present work, an irradication, thermal and mechanical analyses of cylindrical fuel rods are performed. A model considering thermal difusion theory, superficial difusion and vapor transport mechanisms is utilized on the determination of the irradiation swelling. Gas bubbles motion is taken into this calculation. The average gas pressure is computed. A computer program, NITSA, is developed for simulation of a reactor fuel rod performace, including temperature distributions, stress and strain calculations.

[pt] Este trabalho apresenta um método para determinação de fatores de intensidade de tensão, KI e KII, baseado nas técnicas de Newton-Raphson e mínimos quadrados onde o termo Teta 0x, referente ao campo de tensões distante, é tomado como um polinômio completo em x e y para ajustamento do campo de tensões não singular. Um análise do número e da localização dos pontos utilizados na coleta de dados é feita com intuito de melhor poder-se avaliar sua influencia sobre os valores de KI e KII determinados pelo método proposto. Apresenta-se uma comparação entre as distribuições de franjas isocromáticas obtidas experimentalmente e aquelas plotadas com auxílio de um computador utilizando-se para isto os valores determinados de KI e KII e, também, uma comparação entre os resultados obtidos e aqueles existentes na literatura. Finalmente, o método é utilizado na determinação de KI e KII para o problema da existência de trincas nas proximidades de junções soldadas de placas a 90 graus e 45 graus como exemplo de aplicação. / [en] This thesis presents a photoelastic method to determine stress intensy factors, KI and KII, base don the Newton-Raphson and least square techniques, where the term teta 0x refers to the far field stress distribution is substituted by a complete polynomial in x and y for the better adjustment of the nonsingular stress field. Analyses are made of the number and location of points used to obtain the experimental data with the purpose of estudying their influence on the values of KI an KII determined by the proposed method. The experimentally determined isochromatic fringe patterns are compared with computer plotted fringe patterns generated with the aid of the determined values of KI and KII. Finally, the proposed method is employed for the determination of stress intensity factors in problems simulating cracks near joints of welded plates subjected to tension and beding.

[pt] Este trabalho se propôs a estudar o efeito da variação da tensão interfacial entre dois líquidos imiscíveis; no comportamento de bolhas de ar, que formadas na fase inferior, depois de atravessarem a interface líquido/líquido, sobem através da fase superior transportando consigo uma película envolvente. Manteve-se a viscosidade 1,00C.s. para a fase inferior, o,45C.s. para a superior, e variou-se a tensão interfacial entre eles de 5din/cm a 30din/cm, os diâmetros das bolhas tiveram uma variação entre 2 e 10mm com grande número de pontos interméários. Vários métodos fotográficos e equipamentos de medida foram idealizados e experimentados antes de colher os resultados apresentados pelas curvas de transporte de massa. Verificou-se a existências de um acréscimo na faixa para a qual existe transporte de massa, e diminuição da quantidade de líquido transportada, quando decresce a tensão interfacial. / [en] The purpose of this work was to study the effect of variations in the interface tension between two immiscible liquids on the behavior of air bubbles that are formed in the lower phase, pass through the liquid/liquid interface, and the rise through the upper phase transporting an envolving layer. The viscosity of the lower phase was maintained at 1.00c.c., and the upper at 0.45c.s. and the interface tension between the phases was varied from 5din/cm to 30din/cm. The diameter of bubbles had a variation from 2 to 10mm, with a large number of intermediary points. Several photographic and measurement techniques were developed and tried before taking the data presented in the mass-transport curves. The existence of an increase in range for which mass-transport exists and a decrease in the portion of liquid transported was found when the interfacial tension decreases.

[pt] Este trabalho faz parte de um estudo sobre o comportamento de gotas e bolhas, que há muito, vem sendo pesquisando nesta universidade. Foi realizado em paralelo com dois outros trabalhos, com a finalidade conjunta de se estudar a influência da tensão interfacial, no transporte de massa, trajetória, forma e velocidade de bolhas de ar, que ao passarem através de uma interface líquido-líquido, são envolvidas por uma película do líquido inferior, transportando-a até a superfície do líquido superior. Este trabalho, pesquisou a influência da tensão interfacial, na trajetória e velocidade de bolhas de ar, passando através da interface de dois líquidos de baixa viscosidade cinemática: água filtrada, v igual a 1,0cs e hexana, v igual a 0,45cs. Os valores da tensão interfacial na pesquisa foram: 35,0din/cm, 17,5din/cm e 6,0din/cm. Constatou-se que a variação da tensão interfacial, afeta o comportamento da bolha, em relação à trajetória, forma e velocidade. Com o aumento da tensão interfacial, verificou-se que: - A faixa de diâmetros equivalentes, de bolhas que carregam películas até a superfície do líquido superior, diminui. - Há pouca variação na trajetória de subida da bolha. - O achatamento a forma esferóide, diminui. - A velocidade aumenta. / [en] This work was part of studies on bubbles and drops that is being developed in this University. This study was conducted in parallel with two other studies; all had the objective of determining the influence of the interfacial tension on mass transport, trajectory, shape and velocity of air bubbles as they passed through a liquid-liquid interface with a surrounding film of the lower liquid. In the study, research was conducted on the influence of interfacial tension on the trajectory, shape and velocity of air bubbles passing across the interface of two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00c.s. and hexane two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00 c.s and hexane, v equal 0.45 c.s. The interfacial tensions observed were: 35.0 din/cm, 17.5 din/cm and 6.0 din/cm. It was found that a variation in the interfacial tension, changes the bubbles shape, trajectory and velocity. With increasing interfacial tension, it was observed that: - The equivalent diameter range of bubbles carrying the film to the upper surface, decreases. - There is little variation in the trajectory of the rising bubble. - The flattening of the spheroid decreases. - The velocity increases.

[pt] As interações óleo/água/rocha podem ter grande influência no deslocamento do óleo em um reservatório. As forças capilares, responsáveis em parte pela retenção de óleo, são um dos parâmetros que podem ser alterados buscando a optimização do processo. Durante um processo de injeção de água, as altas tensões interfaciais água-óleo diminuem a capacidade de escoamento do óleo e deixam altas saturações deste em forma de glóbulos imóveis e desconectados, nas regiões já contatadas pelo fluido injetado. Com a injeção de surfactante, a tensão interfacial diminui e consequentemente as forças necessárias para mobilizar glóbulos de óleo. No entanto, a interação da salinidade com a solução de surfactante pode trazer importantes efeitos no escoamento bifásico dentro do meio poroso. O objetivo deste trabalho é estudar o efeito da salinidade da água e concentração de surfactante em um processo de deslocamento de óleo. Neste estudo, foram realizados testes de deslocamento em amostras de arenito de Bentheimer de alta permeabilidade, para soluções salinas com e sem surfactante não iónico Álcool Laurílico Etoxilado- 8EO (L80), submetidos a uma temperatura de 40 graus celsius. As saturações residuais bem como as permeabilidades efetivas das fases ao final do processo de embebição e drenagem foram medidas para as diferentes soluções aquosas. Os resultados obtidos mostram a variação na eficiência do processo de deslocamento, influenciada principalmente pelo comportamento de fases, a tensão interfacial, concentração de eletrólitos em solução (salinidade), e a formação de emulsão durante o escoamento bifásico no meio poroso. / [en] The interactions oil/water/rock may have strong influence in displacement of the oil in a reservoir. The capillary forces, responsible in part by the trapped oil, is one of the parameters that allow the optimization of water injection processes. During water injection, the high interfacial tension of water-oil decreases the flow capacity of oil and leave high saturations of this phase in the form of immobile and disconnected ganglia, in the regions already contacted by injected water. With the injection of surfactants, the interfacial tension decreases and some of the oil ganglia are mobilized. However, the interaction of salinity with the surfactant solution can bring important effects in the two-phase flow within porous media. The aim of this work is to study the effect of water salinity and concentration of surfactant in oil displacement process. In this study, the displacement tests were performed on Bentheimer sandstone of high permeability, for saline solution with and without non-ionic surfactant Lauryl Alcohol Ethoxylates- 8EO (L80), subjected to a temperature of 40 Celsius degree. The saturation and effective permeability of each phase at the end of imbibition and drainage were determined for the different water solutions. The results obtained show the variation in the efficiency of the displacement process, mainly influenced by the behavior of phases, the interfacial tension, concentration of electrolytes in solution (salinity) and in-situ emulsion formation.

[pt] Para avaliação de movimentos de corridas de detritos em vertentes montanhosas, é necessária uma abordagem reológica através de modalegem consitutiva da massa de solo descendente. O modelo de Bingham é amplamente empregado na literatura de corridas, sendo seus parâmetros a viscosidade plástica e tensão de escoamento. Esta análise provê o entendimento da propagação do movimento dos detritos em campo, ao fornecer uma estimativa de sua velocidade, espessura e alcance. O presente trabalho apresenta uma proposta para determinação da tensão de escoamento e viscosidade de solos, através de ensaios de abatimento de tubo cilíndrico. A tensão de escoamento e a viscosidade foram determinadas em um reômetro rotaticonal, com base nas taxas de cisalhamento definidas nos ensaio de abatimento. Foram estudados dois solos naturais do Rio de Janeiro, com diferentes granulometrias e plasticidades. Os resultados experimentais obtidos são comparados com soluções analíticas da literatura, e mostram que deve-se ter cuidado na definição destes parametros reológicos com base apenas em dados relacionados a distribuição granulométrica dos solos. Como resultado, foi estabelecida uma relação entre teor de umidade, tensão de escoamento e viscosidade. Comparando os dados obtidos com resultados disponíveis na literatura, conclui-se que a metodologia desenvolvida pode fornecer uma maneira simples de avaliar parâmetros reológicos de solos para análises de corridas. / [en] To evaluate debris flow downhill movements, it is necessary a rheological approach through constitutive modelling the descendent moving mass. Bingham s model is widely employed in the debris flow literature, its input parameters being plastic viscosity and yield stress. Such analysis provides understandings of the propagation of the debris motion in the field, once it provides an estimate of its velocity, thickness and range area. The present study presents a proposal for the assessment of soil yield stress and plastic viscosity, by laboratorial testing on a cylindrical tube slump test. Through the definition of shearing rates in the slump tests, yield stress and viscosity were determined on a plate–plate rheometer. Two natural soils from Rio de Janeiro, Brazil, with differing grain size distribution and plasticity, were used in the investigation. The experimental results obtained are compared with analytical and semi empirical solutions from the literature, and show that care must be taken in defining viscosities based only on data related to grain size. Correlations were obtained concerning to soil moisture and shear rates, defined in the slump tests, and also between plastic viscosity and yield stress, defined in the rheometer tests. As a result, good relationships between water content and both yield stress and viscosity were established. Comparing the obtained data with other results available in the literature it is concluded that the developed experimental methodology may provide a simple way to evaluate rheological parameters of soils for debris flow analyses.

[pt] Neste trabalho é feito o estudo da influência do cobrimento da armadura longitudinal e dos grampos suplementares na resistência de pilares de concreto submetidos à compressão excêntrica. Para este fim foram ensaiados pilares curtos, com armadura longitudinal contínua e pilares com emenda na armadura. Foi elaborado um modelo para o cálculo da distribuição da tensão normal e da tensão de aderência nas barras de emendas comprimidas que reproduziu bem o verificado experimentalmente. Mostra-se a importância da tensão de ponta na transmissão de forças na emenda. Se alerta sobre como a técnica normalmente empregada no reparo dos pilares onde as armaduras apresentam corrosão, que consiste na retirada parcial ou total do que restou do cobrimento para o tratamento e/ou substituição da armadura, e posterior reposição da camada de cobrimento, pode levar a ruptura do elemento por perda de aderência. Mostra-se como não colocar os grampos suplementares pode levar a perda da estabilidade do elemento. / [en] In this work, the influence of the longitudinal reinforcement cover and supplementary transversal reinforcement on the ultimate strength of the concrete columns under eccentric compression is studied. For this purpose, tests on short columns with continuum and lapped spliced bars were carried out. A theoretical model for the calculation of the stress and bond distributions on the splice length is proposed and tested with the experimental data of this work, showing a good agreement. The relevance of the end bearing effect on the transmission of the forces in the splice is shown. An alert again the usual technique used to repair the corroded bars inside the column, i.e., to remove partially or totally the remaining concrete cover to treat or substitute the damaged reinforcement bars, and lately to put back the concrete cover. This technique may provide the element failure by the lost of bond between the remaining concrete surface and reinforcement bars. It is shown how the absence of supplementary transversal reinforcement can lead to the instability of column.

[pt] Reservatórios de hidrocarbonetos são sistemas dinâmicos que estão constantemente mudando durante a história da produção (depleção). A produção de fluidos, a partir de reservas de hidrocarbonetos, reduz a poro-pressão do reservatório, podendo levar à compactação das rochas devido ao aumento das tensões efetivas. Por outro lado, a injeção de água em um reservatório pode aumentar a poro-pressão e, com isso, diminuir a tensão efetiva. O conhecimento de mudanças de tensão e poro-pressão é essencial para uma boa gestão do reservatório, porque a alteração da tensão in situ durante a produção pode ter um impacto significante na performance do reservatório, variando a permeabilidade da rocha. O objetivo da atual pesquisa é estudar experimentalmente a variação, a anisotropia e a histerese de permeabilidade de rochas produtoras de petróleo (arenitos) sob variação dos estados de tensão hidrostático e triaxial verdadeiro. Para realização dos ensaios foi utilizado um novo equipamento triaxial verdadeiro, que aplica de forma independente as três tensões principais em corpos de prova cúbicos, atingindo, desta maneira, um estado de tensão mais realista para o estudo das propriedades relevantes das rochas. Os resultados dos ensaios apresentaram evidências que estimativas de produção e de reserva de hidrocarbonetos podem ser significativamente melhoradas, quando a permeabilidade é considerada uma variável dinâmica. A permeabilidade dos arenitos Berea, Rio Bonito e Botucatú se mostrou altamente influenciada, tanto pelo estado de tensão hidrostático quanto pelo triaxial verdadeiro. Contudo, o estado hidrostático apresentou maior influência na permeabilidade. / [en] Hydrocarbons reservoirs are dynamic systems that constantly changes during depletion. The production of fluids from a reservoir often reduces pore pressure such that there is an increase in its effective stresses. This may cause compaction which, in turn, may impact matrix permeability. On the other hand, during water injection on reservoirs, the pore pressure increases and effective stress decreases. An understanding of these changes is of fundamental importance to performance predictions and management of the stress- sensitive reservoirs. The main objectives of this work is to experimentally investigate the stress dependence of rock producing oil permeability, its anisotropy and hysteresis under hydrostatic and true triaxial stress conditions. In the present investigation a new true triaxial equipment, one that is able to apply the three principal boundary stresses independently using cubic samples was utilized. This equipment can apply a realistic stress state to the rock samples for measuring of the relevant properties under stress states that mimic the in situ condition. The experimental results have produced evidence that hydrocarbon production and reserve estimates may significantly improve when permeability is considered as a dynamic variable. Permeability in all three formations (Berea, Rio Bonito and Botucatú sandstones) was shown to be strongly stress-dependent both under a hydrostatic stress state and under a true triaxial stress state. Nevertheless, the effect of stress states on permeability has clearly shown that permeability reduction under true triaxial stresses was less than that under hydrostatic stresses.