[pt] O Travertino é uma rocha amplamente usada no mundo como rocha ornamental, mas suas propriedades petrológicas e mecânicas análogas a rochas carbonáticas de reservatório influenciaram em sua escolha para a compreensão do comportamento geomecânico destas formações. Neste sentido, este trabalho procurou analisar o comportamento geomecânico do Travertino Romano mediante um programa experimental que incluiu uma caracterização da petrologia, da estrutura porosa e do comportamento mecânico da rocha. Foi determinada sua estrutura e textura sedimentar, composição química, mineralógica e índices físicos. Além disso, sua complexa estrutura porosa foi caracterizada por análise de imagens 2D e 3D geradas no microscópio óptico e no micro-tomógrafo de raios-X, com a determinação da presença de macro e micro poros, distribuídos aleatoriamente na rocha com uma baixa conectividade, assim mesmo foi também estabelecida uma relação entre a porosidade e a resistência. Analisaram-se também os resultados dos ensaios de resistência mecânica, que tanto para o estado de tensão uniaxial como triaxial mostraram um decréscimo da resistência com o incremento da porosidade, apresentando um comportamento frágil na maioria dos casos. / [en] The Travertine is a rock widely used in the world as an ornamental rock, but their analogous petrological and mechanical properties to carbonate rocks of reservoir influenced his choice to be able to understand the geomechanical behavior of these formations. Thus, this study sought to analyze the geomechanical behavior of Roman Travertine through an experimental program that included a characterization of petrology, the porous structure and mechanical behavior of the rock. Sedimentary structure and texture, chemical, mineralogical composition and physical indexes was determined. Moreover, Its complex porous structure was characterized by analysis of 2D and 3D images generated in the optical microscope and X-Ray micro CT-scanner, with the determination of the presence of macro and micro pores, randomly distributed in the rock with a low connectivity, so it was also established a relationship between the porosity and strength. Also analyzed the test results of mechanical strength, both to the state of uniaxial to triaxial stress showed a decrease in resistance with increasing porosity, with a brittle behavior in most cases.

[pt] O travertino Romano é uma rocha ornamental, historicamente presente na arquitetura Romana, que mesmo nos dias de hoje é muito utilizada em decorações e fachadas. Porém no meio científico é considerada uma rocha análoga a reservatórios carbonáticos, em especial do pré-sal Brasileiro. O presente trabalho buscou realizar um estudo experimental do travertino Romano, com enfoque no comportamento geomecânico anisotrópico em duas direções (normal e paralela ao acamamento), sob valores de tensões condizentes com as que ocorrem em reservatórios. Para isto foram feitas diversas análises macro e microscópicas, incluindo microscopia eletrônica de alta resolução a fim de estudar propriedades do travertino e sua estrutura porosa. Análises químicas do material e medição em laboratório dos mais variados parâmetros para se obter uma satisfatória lista de índices físicos auxiliaram neste contexto. Ensaios de resistência complementares, como o ensaio de carga pontual e ensaio de tração indireta (Ensaio Brasileiro) enriqueceram o estudo com resultados de ruptura nas direções perpendicular e paralela ao acamamento. Por fim, buscou-se estudar o comportamento geomecânico anisotrópico do travertino, sob a ótica normal e paralela ao acamamento sedimentar, através de ensaios triaxiais com tensão confinante variando de zero (uniaxiais) a 40 MPa, intervalo este bastante próximo as tensões efetivas de reservatórios carbonáticos brasileiros. Devido à grande heterogeneidade, os corpos de prova foram separados em grupos com intervalos de porosidade total similares. Então, com resultados de curvas tensão-deformação e trajetórias de tensão, foram possíveis diversas comparações em termos de comportamento geomecânico e observar que nem sempre o incremento da tensão confinante e a menor porosidade resultarão em maior resistência mecânica. / [en] The Roman travertine is an ornamental rock, historically present in Roman architecture, which even in present days is much used in decorations and facades. However in the scientific community it is considered a rock similar to carbonate reservoirs, especially the Brazilian pre-salt. The present work sought to carry out an experimental study of the Roman travertine, focusing on the anisotropic geomechanical behavior in two directions (normal and parallel to the sedimentary bedding) under tension values consistent with those occurring in reservoirs. For this, several macro and microscopic analyzes were carried out, including high resolution electron microscopy in order to study the properties of travertine and its porous structure. Chemical analysis of the material and laboratory measurement of the most varied parameters to obtain a satisfactory list of index properties aided in this context. Complementary strength tests, such as the point load test and indirect tensile strength test (Brazilian Test) enriched the study with results of rupture in the directions perpendicular and parallel to the bedding. Finally, it was studied the anisotropic geomechanical behavior under normal and parallel optics to the sedimentary bedding through triaxial tests with confining stress ranging from zero (uniaxial) to 40 MPa, this interval very close to the effective stresses from Brazilian carbonate reservoirs. Due to the great heterogeneity, the specimens were separated into groups with similar total porosity ranges. Then, with results of stress-strain plots and stress trajectories, several comparisons were possible in terms of geomechanical behavior and observe that not always the increase of the confining stress and the lower porosity will result in greater mechanical resistance.

[pt] O uso de surfactantes zwitteriônicos em métodos de recuperação avançada de petróleo é um tema atual, devido ao potencial de aplicação em reservatórios do Présal. No entanto, há a possibilidade destes sofrerem o processo de adsorção na superfície das rochas do reservatório, o que pode tornar a injeção destas substâncias inviável economicamente. O objetivo deste trabalho foi investigar a adsorção estática do surfactante cocoamidopropil betaína (CAPB) na superfície de uma rocha análoga do Pré-sal (travertino), em fluídos de diferentes salinidades. Inicialmente, realizou-se a determinação da concentração micelar crítica do surfactante, assim como da área superficial, composição e morfologia da rocha, e o potencial zeta em solução. A partir destes resultados, foi desenvolvido um procedimento para obter as isotermas de adsorção do CAPB sobre a superfície do travertino, à temperatura de 30 graus C e utilizando como fase aquosa soluções micelares preparadas em diferentes salmouras. Os resultados indicaram que a adsorção do surfactante aumentou com o aumento na salinidade. Os dados experimentais foram ajustados para os modelos clássicos de isotermas e o melhor ajuste foi obtido com o modelo de Langmuir. Para uma melhor compreensão do mecanismo de adsorção e do efeito da salinidade, foram realizadas simulações de especiação de superfície no software PHREEQC. Os resultados sugerem que a adsorção é superior nos cenários onde há maior quantidade de sítios superficiais resultantes da adsorção iônica dos íons determinantes de potencial (PDI). A partir destes resultados, pode-se concluir que a adsorção do CAPB é governada pela composição iônica do meio e pelo impacto desses íons na especiação química da superfície da rocha de travertino. / [en] The use of zwitterionic surfactants in advanced oil recovery methods is a current topic, due to its potential application in pre-salt reservoirs. However, there is a possibility that they may adsorb on the surface of the reservoir rocks, which can make the injection of these substances economically unfeasible. The objective of this work was to investigate the static adsorption of the surfactant cocoamidopropyl betaine (CAPB) on the surface of a pre-salt analogous rock (travertine), in fluids of different salinity. Initially, the critical micelle concentration of the surfactant was determined, as well as the surface area, composition and morphology of the rock, and its zeta potential in solution. From these results, a procedure was developed to obtain the isotherms of CAPB adsorption on the travertine surface, at a temperature of 30 degrees C while using micellar solutions prepared in different brines. The results indicated that surfactant increased with salinity. The experimental data were fitted to the classical isotherm models and the best fit was obtained with the Langmuir model. For a better understanding of the adsorption mechanism and the salinity effect, surface speciation simulations were performed in the PHREEQC software. The results suggest that the adsorption is superior in scenarios where there is a greater amount of surface sites resulting from the ionic adsorption of potential determining ions (PDI). From these results, it can be concluded that CAPB adsorption is governed by the ionic composition of the medium and by the impact of these ions on the chemical speciation of the travertine rock surface.

[pt] A partir da amostragem de blocos de travertino cisalhados contendo materiais representativos de zona de dano e/ou núcleo de falhas geológicas, corpos-de-prova cilíndricos constituídos tanto por rocha intacta como por rocha de falha, foram submetidos a ensaios triaxiais multi-estágios com medição de permeabilidade na direção axial, com confinamentos efetivos variáveis de 2, 5, 11, 19 e 29 MPa. O presente trabalho avalia a adequação do modelo Mohr-Coulomb com endurecimento em representar o comportamento tensão-deformação de materiais de zona de falha em travertino observado nos ensaios de laboratório e determina os parâmetros que melhor representam o comportamento experimental, além de analisar a variação da permeabilidade. Para isso, é utilizado o método de elementos finitos, através do software ABAQUS, para modelar os corpos-de-prova e simular o comportamento tensão-deformação de dois dos ensaios triaxiais realizados. Ao final do estudo são determinados os parâmetros de rocha de falha que melhor ajustam aos dados experimentais. Além disso, são determinados fatores multiplicadores de permeabilidade que representam as variações de permeabilidade esperadas a partir das deformações volumétricas nesses materiais. Esse conhecimento tem importante contribuição na previsibilidade do comportamento hidromecânico de falhas geológicas, cujo equilíbrio é alterado com a explotação de reservatórios de petróleo. / [en] From sheared travertine blocks, containing both damage zone and/or gouge representative materials, cylindrical plugs were obtained containing both intact rock and fault materials, and were submitted to triaxial tests with axial permeability measurements in effective confinement pressures of 2, 5, 11, 19 e 29 MPa. This work assess the suitability of Mohr-Coulomb hardening model to represent stress-strain behaviour of travertine fault zone materials observed in laboratory measurements and determines the parameters that best fit the experimental behavior. Furthermore, a permeability variation analysis is conducted. For this, finite element method is used through ABAQUS software, to model the plugs and to simulate the stress-strain behaviour of three triaxial tests. It is possible after all, to determine rock parameters that adjust to experimental results. Besides that, permeability multipliers are determined to adjust permeability changes due to volumetric deformations in these materials. This knowledge is an important contribution to forecast hidromechanical behavior of geological faults that may have stability altered by hydrocarbon exploitation in petroleum reservoirs.