Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-09-13T14:33:51Z No. of bitstreams: 1 2012_SylviaReginaCorreaBrantPereiradeJesus.pdf: 5657146 bytes, checksum: 2921af0a4915a6e9501c51b8ce0405aa (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2012-09-14T17:26:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_SylviaReginaCorreaBrantPereiradeJesus.pdf: 5657146 bytes, checksum: 2921af0a4915a6e9501c51b8ce0405aa (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-14T17:26:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_SylviaReginaCorreaBrantPereiradeJesus.pdf: 5657146 bytes, checksum: 2921af0a4915a6e9501c51b8ce0405aa (MD5) / A relação entre comportamento mecânico e hidráulico de meios porosos é objeto de estudo da geotecnia. Ferramentas numéricas são amplamente utilizadas para a solução de problemas que envolvem esses fenômenos. Há aplicação desse tipo de estudo na geomecânica de reservatórios de petróleo, que trata especificamente do comportamento hidromecânico das rochas-reservatório e dos fluidos em seu interior. Os modelos numéricos usualmente empregados na simulação de reservatórios adotam hipóteses simplifícadoras que, geralmente, não implicam perdas na representatividade do modelo. Há casos, porém, em que as condições do problema exigem o desenvolvimento dessas hipóteses. O objetivo desta pesquisa foi definir uma formulação hidromecânica acoplada para análise do problema de compactação em reservatórios de petróleo considerando compressibilidade do fluido e dos sólidos. Conceitos de engenharia de reservatórios ajudaram a definir tendências de comportamento dos reservatórios. Estratégias de acoplamento e aspectos relacionados a modelos numéricos foram discutidos. Assim, a formulação foi definida, com solução detalhada das equações de equilíbrio e de conservação de massa. Essa formulação foi implementada no programa de elementos finitos ALLFINE e testada para casos de adensamento unidimensional e bidimensional. Foram feitas análises de sensibilidade para parâmetros mecânicos (compressibilidade do fluido e dos sólidos) e hidráulicos (variação da permeabilidade combinada com compressibilidade do fluido). As análises mostraram que para um fluido mais compressível, a poropressâo é significativamente afetada, com retardo em sua dissipaçâo durante o adensamento. Além disso, observou-se que tensões elevadas ampliam os efeitos da compressibilidade do fluido. Isso é extremamente relevante na geomecânica de reservatórios, considerando o nível de tensão a que os reservatórios, geralmente, estão submetidos. A compressibilidade dos sólidos também foi avaliada, mostrando-se importante para níveis de tensão elevados, com variação significativa do coeficiente de Biot. As análises para permeabilidade mostraram que sua variação não sofre influência da compressibilidade do fluido. Esses efeitos puderam ser separados, com definição da zona de influência de cada. Observou-se, ainda, a formação de regiões com baixa permeabilidade em camadas que adensaram mais rapidamente, alterando o fluxo. A formulação proposta é adequada para descrever os parâmetros estudados. Os efeitos de compressibilidade do fluido e dos sólidos foram simulados e analisados, oferecendo resultados significativos. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The mechanical and hydraulic behavior of porous media is studied in geotechnics. The solution of many geotechnical problems is performed using numerical modeling. This type of tool can be applied in reservoir geomechanics simulation, which comprises hydro-mechanical behavior analyses. The numerical model representation of reservoirs is usually simplified and, in certain cases, simplifications do not imply on losses in results and behavior prediction. However, some situations require more comprehensive approaches, with development of previously neglected conditions. The main objective of this research is to define a formulation for fully coupled hydro-mechanical analyses for compaction in petroleum reservoirs considering fluid and solids compressibility valid. This model can also be used for general application in geotechnics. Throughout this research, the concepts of reservoir engineering presented helped defining behavior tendencies of reservoirs. Also, coupling strategies and specific features for the numerical model were discussed. Then, the formulation was defined with a detailed description of equilibrium and mass conservation equations solution. This formulation was implemented in Finite Element program ALLFINE and tested for one and two-dimensional consolidation cases, with sensitivity analyses for mechanical (fluids and solids compressibility) and hydraulic parameters (permeability and its combined effect with fluid compressibility). Fluid compressibility analyses reveal that this consideration affects fluid pressure responses significantly, with a delay in fluid pressure dissipation during consolidation process. Also, high stress levels magnify fluid compressibility effects. This is extremely relevant for reservoir engineering, considering the stress level to which reservoirs are usually subjected. Solids compressibility is also evaluated. Values of Biot's coefficient change significantly when high stress levels are imposed, highlighting the importance of considering solids compressibility in these cases. Permeability analyses showed that permeability variation is not influenced by fluid compressibility. These effects can be separated, being possible to define their influence range. Another effect is the formation of low-permeability zones for layers the consolidation process occurs faster, altering fluid flow. The proposed formulation is adequate to describe the studied parameters. The effects of fluid and solids compressibility could be simulated and thoroughly analyzed in this research, providing remarkable results for reservoir geomechanics simulation.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-07Bitstream added on 2014-06-13T21:03:01Z : No. of bitstreams: 1 assis_rl_dr_botfca.pdf: 641654 bytes, checksum: e0ceadbb4c4c75178cf02e963377b88a (MD5) / Os efeitos do tráfego de máquinas nos atributos do solo em função do tempo de adoção no sistema plantio direto, são ainda pouco pesquisados em ambientes tropicais e muitas dúvidas ainda persistem sobre a variação dinâmica da estrutura do solo e a sua interação com as máquinas e equipamentos. As deformações ocasionadas pelo tráfego, constituem-se em fator determinante de modificações físicas no solo, podendo até mesmo anular possíveis efeitos benéficos dos sistemas conservacionistas. Com a adoção crescente do sistema plantio direto, atributos físicos do solo são modificados, entretanto, ainda não estão bem quantificados. O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito do tempo de adoção do sistema plantio direto, comparativamente com área de mata nativa e preparo convencional, usando os atributos físicos do solo e os modelos de compressibilidade do solo em um Nitossolo Vermelho distroférrico. Os tratamentos foram: PD1 (Plantio Direto com 1 ano), PD4 (Plantio Direto com 4 anos), PD5 (Plantio Direto com 5 anos), PD12 (Plantio Direto com 12 anos), um tratamento sob PC (Plantio Convencional) e outro sem atividade antrópica (Mata Nativa). Amostras indeformadas e deformadas foram coletadas em duas profundidades (0-5 e 10-15 cm). As amostras indeformadas foram utilizadas para o ensaio de compressibilidade, sob diferentes faixas de umidade, para macro e microporosidade, densidade do solo e para confecção das curvas características de retenção de água. A partir das amostras deformadas, determinaram-se os limites de consistência, textura, análise química, estabilidade de agregados em água, ensaio de Proctor e densidade de partículas. Os resultados obtidos evidenciaram que... . / The effects of machine traffic in soil attributes in function of adoption time in no till system, are not still well researched in tropical atmospheres and a lot of doubts persist about the dynamic variation of soil structure and its interaction with the machines and equipments. The deformations caused by the traffic, consisted in decisive factor of physical modifications in agricultural soils, being even capable to annul possible beneficial effects of conservation systems. With the growing adoption of the no till system, soil physical attributes are modified; however, they are not well quantified yet. The present study had as objective to evaluate the of effect of adoption time no till system, comparative under native forest and conventional tillage using soil physical attributes and compressibility models at a “Nitossolo Vermelho distroférrico”. The treatments were: PD1 (no till with 1 year of adoption), PD4 (no till with 4 years), PD5 (no till with 5 years), PD12 (no till with 12 years), a treatment under conventional tillage (PC) and another without use or intervention (native forest). The undisturbed and disturbed samples were collected in two depths (0-5 and 10-15 cm). The undisturbed soil samples were used to perform the uniaxial compression test, under different moisture range, for macro porosity and micro porosity, bulk density and for draw the retention of water curve characteristics. Starting from the disturbed samples, were determined the consistence limits, texture, chemical analysis, stability of aggregates in water, Proctor test and particle density. With the obtained results it was evidenced that no till system promoted... (Complete abstract, click electronic address below).

Free-Electron Lasers (FELs) são dispositivos que convertem eficientemente a energia cinética de um feixe relativístico de elétrons na energia de modos eletromangéticos de forma coerente. A energia é retirada do feixe de elétrons, na medida em que os elétrons são aprisionados no potencial ponderomotriz formado pela ação simultânea dos campos do modo eletromagnético e do wiggler. Neste trabalho descreve-se um FEL, seus componentes, diferentes tipos e regimes de operação. Depois da derivação das equações de partículas-onda para descrever a evolução do sistema, propõe-se um modelo baseado no fator de compressibilidade para estimar os resultados gerados pelas simulações. O crescimento do campo do laser é emulado através de um conjunto de equações lineares obtido pela linearização das equações de partículas-onda. As não linearidades causadas pelo efeito de carga espacial e térmico são mantidos nas equações diferenciais de segunda ordem que representam a evolução das partículas. O modelo é transformado, ao longo do trabalho, de acordo com as condições iniciais: primeiro, considera-se um feixe gelado (sem distribuição inicial de energia); segundo, considera-se uma distribuição do tipo water bag para a velocidade longitudinal das partículas; e, por fim, considera-se uma distribuição de Gauss para a velocidade longitudinal. Para o feixe gelado, os zeros da compressibilidade indicam o início do processo de mistura no espaço de fases (a mistura acontece quando a distribuição não é mais uma função de valor único no espaço de fases energiaposição). Enquanto para o feixe quente, a quebra do regime linear ocorre quando a borda inferior da distribuição passa a não ser mais uma função de valor único. A análise para o feixe quente é limitada a pequenos valores de distribuição de velocidades, dentro do regime hidrodinâmico no qual o feixe pode ser expresso como um fluido. O modelo foi comparado com as simulações de partículas-onda, em todos os casos, apresentando uma concordância satisfatória nos resultados. O modelo provou ser capaz de estimar algumas quantidades físicas de interesse para FELs. Deste modo, o modelo simplificado pode ser usado como uma ferramenta poderosa para produzir dados razoavelmente confiáveis para a otimização da operação do dispositivo.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6469_1.pdf: 7990632 bytes, checksum: e8746c34313ad23f42d11b261f110b17 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / As características de compressibilidade e colapso de um arenito pleistocênico da cidade do Recife, devido ao acréscimo de tensão vertical e a inundação com os fluidos, água destilada, gasolina comum, hidróxido de sódio e solução aquosa de cloreto de sódio são investigadas e analisadas através de um programa de investigação geotécnica de laboratório. Utilizam-se células edométricas convencionais adaptadas para o uso com diferentes fluidos percolantes, estando as amostras do arenito submetidas a diferentes estados de tensão antes da inundação. As características micromorfológicas, físicas, químicas do arenito antes e após a inundação sob tensão, e a interação dos fluidos percolantes nas características de compressibilidade e colapso são investigadas. O arenito estudado está inserido dentro de um Terraço Marinho de idade Pleistocênica, tem como agente cimentante a matéria orgânica e apresenta grande entrosamento entre as partículas, baixa compressibilidade e colapsa em água destilada e hidróxido de sódio. A inundação com solução aquosa de cloreto de sódio eleva a compressibilidade cerca de duas vezes e a inundação com a gasolina comum não modifica basicamente as características de compressibilidade e colapsibilidade do arenito. Desta forma, conclui-se que estas características dependem da interação solo-líquido

Nesta Tese de Doutorado se apresenta um estudo teórico das fases anisotrópicas (faixas) em sistemas isotrópicos com interações competitivas. Focamos nosso trabalho em sistemas que apresentam uma interação de curto alcance atrativa e uma interação de longo alcance repulsiva. Sistemas com estas caraterísticas abundam na natureza, por exemplo: filmes magnéticos ultrafinos, sistemas de elétrons fortemente correlacionados e sistemas de copolímeros, só para mencionar alguns. No segundo capítulo estudamos numericamente as propriedades de dois modelos com competição. Mostramos que além de algumas caraterísticas obvias em comum, os dois modelos apresentam propriedades bem diferentes na fase de baixa temperatura, contrario ao que normalmente se assume na literatura. Mediante uma análise de campo médio e campo médio mais pequenas flutuações estudamos os perfis das soluções de faixas. O que permite caracterizar magnitudes como o comprimento de modulação e a amplitude do parâmetro de ordem, em função da temperatura. É importante mencionar como a inclusão das flutuações muda dramaticamente os diagramas de fase, levando a transição da fase de faixas à fase desordenada de continua, em campo médio, a fortemente descontinua quando consideramos flutuações. Também é estudado neste capítulo as propriedades elásticas do sistema de faixas, via o cálculo do módulo de compressibilidade das faixas. Foi observada uma anomalia na compressibilidade para baixas temperaturas em ambos sistemas o que, como é explicado no texto, parece indicar um mecanismo mais geral para a anomalia do módulo de Young. Devido às fortes flutuações presentes em duas dimensões não se observa ordem posicional de longo alcance no limite termodinâmico em sistemas formadores de faixas. No entanto, frequentemente nestas condições se percebe uma certa ordem orientacional das estruturas moduladas. Assim, o terceiro capítulo é dedicado ao estudo da fase nemática em sistemas de faixas com interações competitivas. Aplicamos a Self Consistent Screening Approximation a um modelo genérico com competição e mostramos como a solução nemática aparece em sistemas isotrópicos. Assim também é obtido que para temperaturas menores que uma dada temperatura crítica a solução nemática tem menor energia livre que a solução desordenada. Isto estabelece à fase nemática como a fase termodinamicamente estável para T < Tc. No capítulo 4 esclarecemos e generalizamos alguns dos resultados discutidos até esse momento nesta Tese. O mesmo é dedicado a estudar quais tipos de interações presentes no sistema dão lugar ao estabelecimento de uma fase nemática estável em duas dimensões, no limite termodinâmico. Generalizamos a teoria padrão da fusão (melting) em sistemas de faixas e mostramos que é possível mapear o problema original no estudo de um modelo XY generalizado. Desta forma, considerando resultados prévios da literatura foi possível estabelecer as propriedade críticas do comprimento de correlação orientacional e do parâmetro de ordem nemático. No que se refere à ordem posicional do padrão de faixas é mostrado que, independente do alcance das interações, uma fase com ordem posicional de longo ou quase longo alcance, é proibida em duas dimensões. O capítulo final desta Tese estuda o problema da fusão de sistemas quânticos de faixas. Para isso se generalizam resultados obtidos no capítulo prévio, e novamente é possível mostrar que se pode mapear o problema original em um sistema de rotores quânticos. Tal mapeamento permite, utilizando resultados prévios e outros obtidos pela primeira vez nesta Tese, deduzir a forma qualitativa dos diagramas de fases para a ordem orientacional nos diferentes casos possíveis. Em particular discutem-se as propriedades dos modelos efetivos resultantes, na região crítica quântica. Finalmente é estudado neste capítulo a possível existência de uma fase esmética para sistemas quânticos de faixas. Nossos resultados mostram que tal fase existe no limite termodinâmico apenas a temperatura zero. Considerando então que para flutuações quânticas suficientemente fortes a ordem posicional é perdida, é natural concluir a existência de uma transição, entre a fase esmética e a fase posicionalmente desordenada, para valores intermediários da intensidade das flutuações quânticas. Os resultados obtidos mostraram que esta é de fato uma transição quântica de segunda ordem, cujos exponentes críticos foram calculados mediante as técnicas do grupo de renormalização perturbativo. / This Ph.D. thesis presents a theoretical study of anisotropic phases (stripes) in isotropic systems with competing interactions. We focus our work on systems which present a short range attractive interaction and a long range repulsive interaction. Systems of this type are many in nature, for instance: ultra-thin magnetic films, strongly correlated electron systems and copolymer systems, just to mention some of them. In the second chapter we study numerically the properties of two models with competition. We show that, besides some obvious features in common, both models present very different low temperature behavior, in contrast to what is usually assumed in the literature. By means of a mean field and mean field plus small fluctuations analysis, we study the stripe-solution profile, which allows us to characterize quantities like the modulation length and the amplitude of the order parameter as a function of temperature. It is remarkable how the inclusion of fluctuations changes drastically the phase diagrams, driving the stripe to disorder phase transition from continuous, in the mean field approximation, to strongly discontinuous when fluctuations are considered. Besides, we characterize the elastic properties of the stripe system by calculating the compressibility modulus. We observe an anomaly in the compressibility for low temperatures in both systems, which as explained in the text, seems to indicate a more general mechanism than that one recently proposed for the anomaly of the Young modulus in these systems. Due to the strong fluctuations present in two dimensions, is not observed long range positional order, at moderate temperatures, in stripes systems. However, in this conditions it is usual to observe some degree of orientational order for the modulated structures. In this context, the third chapter is dedicated to study the nematic phase in stripe systems with competing interactions. We show by applying the Self Consistent Screening Approximation (SCSA) to a generic model with competition, how the nematic solution appears in isotropic systems, and how, for temperatures lower than the critical temperature, the nematic solution has lower free energy than the disordered solution. This establishes the nematic phase as the thermodynamically stable phase for T < Tc. Chapter 4 of this work clarifies and generalizes some of the results discussed until then in the thesis. It is dedicated to study which types of interactions gives rise to a stable nematic phase in two dimensions in the thermodynamic limit. We provided a generalization of the standard theory of orientational melting in stripe systems. This generalization allows to maps the original problem into a generalized XY model. In this way, taking into account known results in the literature, we deduce the critical properties of the orientational correlation length and the nematic order parameter. Additionally, it is shown that a phase with positional long range or quasi long range order is forbidden at any finite temperature. In the last chapter, we focus on the study of the orientational and positional melting of quantum stripe systems. Our calculations shows that, in perfect analogy with our previous results, it is possible to map the original problem to a problem of quantum rotors. This mapping allows to use some previous results, and some news to deduce a qualitative phase diagrams for the orientational properties of the system for all possible cases. We also pay particular attention to the properties of the effective model in the quantum critical region. Finally, in this chapter we study the existence of a smectic phase in quantum stripe systems. Our results show that such a phase is stable only at zero temperature. Considering then that at strong enough quantum fluctuations the positional long range order is destroyed, it is natural to infer the existence of a transition between the smectic phase and the positionally disordered phase at intermediate value of the quantum fluctuation strength. The presented results show that such transition is in fact a second-order phase transition, whose critical exponents were calculated by means of perturbative renormalization group techniques.

Nesta Tese de Doutorado se apresenta um estudo teórico das fases anisotrópicas (faixas) em sistemas isotrópicos com interações competitivas. Focamos nosso trabalho em sistemas que apresentam uma interação de curto alcance atrativa e uma interação de longo alcance repulsiva. Sistemas com estas caraterísticas abundam na natureza, por exemplo: filmes magnéticos ultrafinos, sistemas de elétrons fortemente correlacionados e sistemas de copolímeros, só para mencionar alguns. No segundo capítulo estudamos numericamente as propriedades de dois modelos com competição. Mostramos que além de algumas caraterísticas obvias em comum, os dois modelos apresentam propriedades bem diferentes na fase de baixa temperatura, contrario ao que normalmente se assume na literatura. Mediante uma análise de campo médio e campo médio mais pequenas flutuações estudamos os perfis das soluções de faixas. O que permite caracterizar magnitudes como o comprimento de modulação e a amplitude do parâmetro de ordem, em função da temperatura. É importante mencionar como a inclusão das flutuações muda dramaticamente os diagramas de fase, levando a transição da fase de faixas à fase desordenada de continua, em campo médio, a fortemente descontinua quando consideramos flutuações. Também é estudado neste capítulo as propriedades elásticas do sistema de faixas, via o cálculo do módulo de compressibilidade das faixas. Foi observada uma anomalia na compressibilidade para baixas temperaturas em ambos sistemas o que, como é explicado no texto, parece indicar um mecanismo mais geral para a anomalia do módulo de Young. Devido às fortes flutuações presentes em duas dimensões não se observa ordem posicional de longo alcance no limite termodinâmico em sistemas formadores de faixas. No entanto, frequentemente nestas condições se percebe uma certa ordem orientacional das estruturas moduladas. Assim, o terceiro capítulo é dedicado ao estudo da fase nemática em sistemas de faixas com interações competitivas. Aplicamos a Self Consistent Screening Approximation a um modelo genérico com competição e mostramos como a solução nemática aparece em sistemas isotrópicos. Assim também é obtido que para temperaturas menores que uma dada temperatura crítica a solução nemática tem menor energia livre que a solução desordenada. Isto estabelece à fase nemática como a fase termodinamicamente estável para T < Tc. No capítulo 4 esclarecemos e generalizamos alguns dos resultados discutidos até esse momento nesta Tese. O mesmo é dedicado a estudar quais tipos de interações presentes no sistema dão lugar ao estabelecimento de uma fase nemática estável em duas dimensões, no limite termodinâmico. Generalizamos a teoria padrão da fusão (melting) em sistemas de faixas e mostramos que é possível mapear o problema original no estudo de um modelo XY generalizado. Desta forma, considerando resultados prévios da literatura foi possível estabelecer as propriedade críticas do comprimento de correlação orientacional e do parâmetro de ordem nemático. No que se refere à ordem posicional do padrão de faixas é mostrado que, independente do alcance das interações, uma fase com ordem posicional de longo ou quase longo alcance, é proibida em duas dimensões. O capítulo final desta Tese estuda o problema da fusão de sistemas quânticos de faixas. Para isso se generalizam resultados obtidos no capítulo prévio, e novamente é possível mostrar que se pode mapear o problema original em um sistema de rotores quânticos. Tal mapeamento permite, utilizando resultados prévios e outros obtidos pela primeira vez nesta Tese, deduzir a forma qualitativa dos diagramas de fases para a ordem orientacional nos diferentes casos possíveis. Em particular discutem-se as propriedades dos modelos efetivos resultantes, na região crítica quântica. Finalmente é estudado neste capítulo a possível existência de uma fase esmética para sistemas quânticos de faixas. Nossos resultados mostram que tal fase existe no limite termodinâmico apenas a temperatura zero. Considerando então que para flutuações quânticas suficientemente fortes a ordem posicional é perdida, é natural concluir a existência de uma transição, entre a fase esmética e a fase posicionalmente desordenada, para valores intermediários da intensidade das flutuações quânticas. Os resultados obtidos mostraram que esta é de fato uma transição quântica de segunda ordem, cujos exponentes críticos foram calculados mediante as técnicas do grupo de renormalização perturbativo. / This Ph.D. thesis presents a theoretical study of anisotropic phases (stripes) in isotropic systems with competing interactions. We focus our work on systems which present a short range attractive interaction and a long range repulsive interaction. Systems of this type are many in nature, for instance: ultra-thin magnetic films, strongly correlated electron systems and copolymer systems, just to mention some of them. In the second chapter we study numerically the properties of two models with competition. We show that, besides some obvious features in common, both models present very different low temperature behavior, in contrast to what is usually assumed in the literature. By means of a mean field and mean field plus small fluctuations analysis, we study the stripe-solution profile, which allows us to characterize quantities like the modulation length and the amplitude of the order parameter as a function of temperature. It is remarkable how the inclusion of fluctuations changes drastically the phase diagrams, driving the stripe to disorder phase transition from continuous, in the mean field approximation, to strongly discontinuous when fluctuations are considered. Besides, we characterize the elastic properties of the stripe system by calculating the compressibility modulus. We observe an anomaly in the compressibility for low temperatures in both systems, which as explained in the text, seems to indicate a more general mechanism than that one recently proposed for the anomaly of the Young modulus in these systems. Due to the strong fluctuations present in two dimensions, is not observed long range positional order, at moderate temperatures, in stripes systems. However, in this conditions it is usual to observe some degree of orientational order for the modulated structures. In this context, the third chapter is dedicated to study the nematic phase in stripe systems with competing interactions. We show by applying the Self Consistent Screening Approximation (SCSA) to a generic model with competition, how the nematic solution appears in isotropic systems, and how, for temperatures lower than the critical temperature, the nematic solution has lower free energy than the disordered solution. This establishes the nematic phase as the thermodynamically stable phase for T < Tc. Chapter 4 of this work clarifies and generalizes some of the results discussed until then in the thesis. It is dedicated to study which types of interactions gives rise to a stable nematic phase in two dimensions in the thermodynamic limit. We provided a generalization of the standard theory of orientational melting in stripe systems. This generalization allows to maps the original problem into a generalized XY model. In this way, taking into account known results in the literature, we deduce the critical properties of the orientational correlation length and the nematic order parameter. Additionally, it is shown that a phase with positional long range or quasi long range order is forbidden at any finite temperature. In the last chapter, we focus on the study of the orientational and positional melting of quantum stripe systems. Our calculations shows that, in perfect analogy with our previous results, it is possible to map the original problem to a problem of quantum rotors. This mapping allows to use some previous results, and some news to deduce a qualitative phase diagrams for the orientational properties of the system for all possible cases. We also pay particular attention to the properties of the effective model in the quantum critical region. Finally, in this chapter we study the existence of a smectic phase in quantum stripe systems. Our results show that such a phase is stable only at zero temperature. Considering then that at strong enough quantum fluctuations the positional long range order is destroyed, it is natural to infer the existence of a transition between the smectic phase and the positionally disordered phase at intermediate value of the quantum fluctuation strength. The presented results show that such transition is in fact a second-order phase transition, whose critical exponents were calculated by means of perturbative renormalization group techniques.

Free-Electron Lasers (FELs) são dispositivos que convertem eficientemente a energia cinética de um feixe relativístico de elétrons na energia de modos eletromangéticos de forma coerente. A energia é retirada do feixe de elétrons, na medida em que os elétrons são aprisionados no potencial ponderomotriz formado pela ação simultânea dos campos do modo eletromagnético e do wiggler. Neste trabalho descreve-se um FEL, seus componentes, diferentes tipos e regimes de operação. Depois da derivação das equações de partículas-onda para descrever a evolução do sistema, propõe-se um modelo baseado no fator de compressibilidade para estimar os resultados gerados pelas simulações. O crescimento do campo do laser é emulado através de um conjunto de equações lineares obtido pela linearização das equações de partículas-onda. As não linearidades causadas pelo efeito de carga espacial e térmico são mantidos nas equações diferenciais de segunda ordem que representam a evolução das partículas. O modelo é transformado, ao longo do trabalho, de acordo com as condições iniciais: primeiro, considera-se um feixe gelado (sem distribuição inicial de energia); segundo, considera-se uma distribuição do tipo water bag para a velocidade longitudinal das partículas; e, por fim, considera-se uma distribuição de Gauss para a velocidade longitudinal. Para o feixe gelado, os zeros da compressibilidade indicam o início do processo de mistura no espaço de fases (a mistura acontece quando a distribuição não é mais uma função de valor único no espaço de fases energiaposição). Enquanto para o feixe quente, a quebra do regime linear ocorre quando a borda inferior da distribuição passa a não ser mais uma função de valor único. A análise para o feixe quente é limitada a pequenos valores de distribuição de velocidades, dentro do regime hidrodinâmico no qual o feixe pode ser expresso como um fluido. O modelo foi comparado com as simulações de partículas-onda, em todos os casos, apresentando uma concordância satisfatória nos resultados. O modelo provou ser capaz de estimar algumas quantidades físicas de interesse para FELs. Deste modo, o modelo simplificado pode ser usado como uma ferramenta poderosa para produzir dados razoavelmente confiáveis para a otimização da operação do dispositivo.

Free-Electron Lasers (FELs) são dispositivos que convertem eficientemente a energia cinética de um feixe relativístico de elétrons na energia de modos eletromangéticos de forma coerente. A energia é retirada do feixe de elétrons, na medida em que os elétrons são aprisionados no potencial ponderomotriz formado pela ação simultânea dos campos do modo eletromagnético e do wiggler. Neste trabalho descreve-se um FEL, seus componentes, diferentes tipos e regimes de operação. Depois da derivação das equações de partículas-onda para descrever a evolução do sistema, propõe-se um modelo baseado no fator de compressibilidade para estimar os resultados gerados pelas simulações. O crescimento do campo do laser é emulado através de um conjunto de equações lineares obtido pela linearização das equações de partículas-onda. As não linearidades causadas pelo efeito de carga espacial e térmico são mantidos nas equações diferenciais de segunda ordem que representam a evolução das partículas. O modelo é transformado, ao longo do trabalho, de acordo com as condições iniciais: primeiro, considera-se um feixe gelado (sem distribuição inicial de energia); segundo, considera-se uma distribuição do tipo water bag para a velocidade longitudinal das partículas; e, por fim, considera-se uma distribuição de Gauss para a velocidade longitudinal. Para o feixe gelado, os zeros da compressibilidade indicam o início do processo de mistura no espaço de fases (a mistura acontece quando a distribuição não é mais uma função de valor único no espaço de fases energiaposição). Enquanto para o feixe quente, a quebra do regime linear ocorre quando a borda inferior da distribuição passa a não ser mais uma função de valor único. A análise para o feixe quente é limitada a pequenos valores de distribuição de velocidades, dentro do regime hidrodinâmico no qual o feixe pode ser expresso como um fluido. O modelo foi comparado com as simulações de partículas-onda, em todos os casos, apresentando uma concordância satisfatória nos resultados. O modelo provou ser capaz de estimar algumas quantidades físicas de interesse para FELs. Deste modo, o modelo simplificado pode ser usado como uma ferramenta poderosa para produzir dados razoavelmente confiáveis para a otimização da operação do dispositivo.

Nesta Tese de Doutorado se apresenta um estudo teórico das fases anisotrópicas (faixas) em sistemas isotrópicos com interações competitivas. Focamos nosso trabalho em sistemas que apresentam uma interação de curto alcance atrativa e uma interação de longo alcance repulsiva. Sistemas com estas caraterísticas abundam na natureza, por exemplo: filmes magnéticos ultrafinos, sistemas de elétrons fortemente correlacionados e sistemas de copolímeros, só para mencionar alguns. No segundo capítulo estudamos numericamente as propriedades de dois modelos com competição. Mostramos que além de algumas caraterísticas obvias em comum, os dois modelos apresentam propriedades bem diferentes na fase de baixa temperatura, contrario ao que normalmente se assume na literatura. Mediante uma análise de campo médio e campo médio mais pequenas flutuações estudamos os perfis das soluções de faixas. O que permite caracterizar magnitudes como o comprimento de modulação e a amplitude do parâmetro de ordem, em função da temperatura. É importante mencionar como a inclusão das flutuações muda dramaticamente os diagramas de fase, levando a transição da fase de faixas à fase desordenada de continua, em campo médio, a fortemente descontinua quando consideramos flutuações. Também é estudado neste capítulo as propriedades elásticas do sistema de faixas, via o cálculo do módulo de compressibilidade das faixas. Foi observada uma anomalia na compressibilidade para baixas temperaturas em ambos sistemas o que, como é explicado no texto, parece indicar um mecanismo mais geral para a anomalia do módulo de Young. Devido às fortes flutuações presentes em duas dimensões não se observa ordem posicional de longo alcance no limite termodinâmico em sistemas formadores de faixas. No entanto, frequentemente nestas condições se percebe uma certa ordem orientacional das estruturas moduladas. Assim, o terceiro capítulo é dedicado ao estudo da fase nemática em sistemas de faixas com interações competitivas. Aplicamos a Self Consistent Screening Approximation a um modelo genérico com competição e mostramos como a solução nemática aparece em sistemas isotrópicos. Assim também é obtido que para temperaturas menores que uma dada temperatura crítica a solução nemática tem menor energia livre que a solução desordenada. Isto estabelece à fase nemática como a fase termodinamicamente estável para T < Tc. No capítulo 4 esclarecemos e generalizamos alguns dos resultados discutidos até esse momento nesta Tese. O mesmo é dedicado a estudar quais tipos de interações presentes no sistema dão lugar ao estabelecimento de uma fase nemática estável em duas dimensões, no limite termodinâmico. Generalizamos a teoria padrão da fusão (melting) em sistemas de faixas e mostramos que é possível mapear o problema original no estudo de um modelo XY generalizado. Desta forma, considerando resultados prévios da literatura foi possível estabelecer as propriedade críticas do comprimento de correlação orientacional e do parâmetro de ordem nemático. No que se refere à ordem posicional do padrão de faixas é mostrado que, independente do alcance das interações, uma fase com ordem posicional de longo ou quase longo alcance, é proibida em duas dimensões. O capítulo final desta Tese estuda o problema da fusão de sistemas quânticos de faixas. Para isso se generalizam resultados obtidos no capítulo prévio, e novamente é possível mostrar que se pode mapear o problema original em um sistema de rotores quânticos. Tal mapeamento permite, utilizando resultados prévios e outros obtidos pela primeira vez nesta Tese, deduzir a forma qualitativa dos diagramas de fases para a ordem orientacional nos diferentes casos possíveis. Em particular discutem-se as propriedades dos modelos efetivos resultantes, na região crítica quântica. Finalmente é estudado neste capítulo a possível existência de uma fase esmética para sistemas quânticos de faixas. Nossos resultados mostram que tal fase existe no limite termodinâmico apenas a temperatura zero. Considerando então que para flutuações quânticas suficientemente fortes a ordem posicional é perdida, é natural concluir a existência de uma transição, entre a fase esmética e a fase posicionalmente desordenada, para valores intermediários da intensidade das flutuações quânticas. Os resultados obtidos mostraram que esta é de fato uma transição quântica de segunda ordem, cujos exponentes críticos foram calculados mediante as técnicas do grupo de renormalização perturbativo. / This Ph.D. thesis presents a theoretical study of anisotropic phases (stripes) in isotropic systems with competing interactions. We focus our work on systems which present a short range attractive interaction and a long range repulsive interaction. Systems of this type are many in nature, for instance: ultra-thin magnetic films, strongly correlated electron systems and copolymer systems, just to mention some of them. In the second chapter we study numerically the properties of two models with competition. We show that, besides some obvious features in common, both models present very different low temperature behavior, in contrast to what is usually assumed in the literature. By means of a mean field and mean field plus small fluctuations analysis, we study the stripe-solution profile, which allows us to characterize quantities like the modulation length and the amplitude of the order parameter as a function of temperature. It is remarkable how the inclusion of fluctuations changes drastically the phase diagrams, driving the stripe to disorder phase transition from continuous, in the mean field approximation, to strongly discontinuous when fluctuations are considered. Besides, we characterize the elastic properties of the stripe system by calculating the compressibility modulus. We observe an anomaly in the compressibility for low temperatures in both systems, which as explained in the text, seems to indicate a more general mechanism than that one recently proposed for the anomaly of the Young modulus in these systems. Due to the strong fluctuations present in two dimensions, is not observed long range positional order, at moderate temperatures, in stripes systems. However, in this conditions it is usual to observe some degree of orientational order for the modulated structures. In this context, the third chapter is dedicated to study the nematic phase in stripe systems with competing interactions. We show by applying the Self Consistent Screening Approximation (SCSA) to a generic model with competition, how the nematic solution appears in isotropic systems, and how, for temperatures lower than the critical temperature, the nematic solution has lower free energy than the disordered solution. This establishes the nematic phase as the thermodynamically stable phase for T < Tc. Chapter 4 of this work clarifies and generalizes some of the results discussed until then in the thesis. It is dedicated to study which types of interactions gives rise to a stable nematic phase in two dimensions in the thermodynamic limit. We provided a generalization of the standard theory of orientational melting in stripe systems. This generalization allows to maps the original problem into a generalized XY model. In this way, taking into account known results in the literature, we deduce the critical properties of the orientational correlation length and the nematic order parameter. Additionally, it is shown that a phase with positional long range or quasi long range order is forbidden at any finite temperature. In the last chapter, we focus on the study of the orientational and positional melting of quantum stripe systems. Our calculations shows that, in perfect analogy with our previous results, it is possible to map the original problem to a problem of quantum rotors. This mapping allows to use some previous results, and some news to deduce a qualitative phase diagrams for the orientational properties of the system for all possible cases. We also pay particular attention to the properties of the effective model in the quantum critical region. Finally, in this chapter we study the existence of a smectic phase in quantum stripe systems. Our results show that such a phase is stable only at zero temperature. Considering then that at strong enough quantum fluctuations the positional long range order is destroyed, it is natural to infer the existence of a transition between the smectic phase and the positionally disordered phase at intermediate value of the quantum fluctuation strength. The presented results show that such transition is in fact a second-order phase transition, whose critical exponents were calculated by means of perturbative renormalization group techniques.

Orientador: Kléber Pereira Lanças / Resumo: Os efeitos do tráfego de máquinas nos atributos do solo em função do tempo de adoção no sistema plantio direto, são ainda pouco pesquisados em ambientes tropicais e muitas dúvidas ainda persistem sobre a variação dinâmica da estrutura do solo e a sua interação com as máquinas e equipamentos. As deformações ocasionadas pelo tráfego, constituem-se em fator determinante de modificações físicas no solo, podendo até mesmo anular possíveis efeitos benéficos dos sistemas conservacionistas. Com a adoção crescente do sistema plantio direto, atributos físicos do solo são modificados, entretanto, ainda não estão bem quantificados. O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito do tempo de adoção do sistema plantio direto, comparativamente com área de mata nativa e preparo convencional, usando os atributos físicos do solo e os modelos de compressibilidade do solo em um Nitossolo Vermelho distroférrico. Os tratamentos foram: PD1 (Plantio Direto com 1 ano), PD4 (Plantio Direto com 4 anos), PD5 (Plantio Direto com 5 anos), PD12 (Plantio Direto com 12 anos), um tratamento sob PC (Plantio Convencional) e outro sem atividade antrópica (Mata Nativa). Amostras indeformadas e deformadas foram coletadas em duas profundidades (0-5 e 10-15 cm). As amostras indeformadas foram utilizadas para o ensaio de compressibilidade, sob diferentes faixas de umidade, para macro e microporosidade, densidade do solo e para confecção das curvas características de retenção de água. A partir das amostras deformadas, determinaram-se os limites de consistência, textura, análise química, estabilidade de agregados em água, ensaio de Proctor e densidade de partículas. Os resultados obtidos evidenciaram que... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: The effects of machine traffic in soil attributes in function of adoption time in no till system, are not still well researched in tropical atmospheres and a lot of doubts persist about the dynamic variation of soil structure and its interaction with the machines and equipments. The deformations caused by the traffic, consisted in decisive factor of physical modifications in agricultural soils, being even capable to annul possible beneficial effects of conservation systems. With the growing adoption of the no till system, soil physical attributes are modified; however, they are not well quantified yet. The present study had as objective to evaluate the of effect of adoption time no till system, comparative under native forest and conventional tillage using soil physical attributes and compressibility models at a "Nitossolo Vermelho distroférrico". The treatments were: PD1 (no till with 1 year of adoption), PD4 (no till with 4 years), PD5 (no till with 5 years), PD12 (no till with 12 years), a treatment under conventional tillage (PC) and another without use or intervention (native forest). The undisturbed and disturbed samples were collected in two depths (0-5 and 10-15 cm). The undisturbed soil samples were used to perform the uniaxial compression test, under different moisture range, for macro porosity and micro porosity, bulk density and for draw the retention of water curve characteristics. Starting from the disturbed samples, were determined the consistence limits, texture, chemical analysis, stability of aggregates in water, Proctor test and particle density. With the obtained results it was evidenced that no till system promoted... (Complete abstract, click electronic address below). / Doutor