Resumo não disponível

[pt] Muitos problemas da engenharia geotécnica podem ser resolvidos pela superposição de soluções singulares fundamentais das equações diferenciais governantes. Nesta dissertação, é investigado o comportamento mecânico de uma fundação flexível, em termos de tensões e distribuições de recalque, considerando algumas soluções fundamentais básicas publicadas na literatura. Estas soluções referem-se ao campo de tensões e deslocamentos gerados em um semi-espaço linearmente elástico, homogêneo e isotrópico, por uma força vertical aplicada na superfície (Problema de Boussinesq (1885)), uma força horizontal aplicada na superfície (Problema de Cerruti (1882)), uma força aplicada dentro de um semi-espaço (Problema de Mindlin (1936)) ou dentro de uma camada finita (Problema de Burmister (1945)). No caso de depósitos de solo estratificados, são poucas as soluções disponíveis, em rela ção à ocorrência comum deste tipo de solo na natureza. Uma dessas soluções foi proposta por Hisada (1995), a qual permite que a resposta da aplicação de cargas dinâmicas ou estáticas em qualquer ponto de um semi-espaço estratificado, seja numericamente avaliada. No desenvolvimento matemático, a aplicação do teorema de Green permite fazer facilmente a superposição das soluções fundamentais, transformando as integrais de área em integrais de linha ao longo dos contornos que definem a geometria de uma única fundação ou de um grupo, formado por um número qualquer de fundações superficiais. Alguns exemplos apresentados neste trabalho discutem o potencial da aplicação dessa técnica em problemas da engenharia geotécnica, com ênfase especial para aqueles da engenharia de fundações. / [en] Many problems of geotechnical engineering can be solved by superposition of the fundamental singular solutions to the governing differential equations. In the dissertation, the mechanical behavior of a flexible footing is investigated, in terms of stress and settlement distributions, considered some basic fundamental solutions published in literature. These solutions refer to the stress and displacement fields in an isotropic, homogeneous, linearly elastic half-space generated by a vertical force applied on the surface (Boussinesq´s problem (1885)), a horizontal force on the surface (Cerruti´s problem (1882)), a force within the half- space (Mindlin (1936)) or within a stratum of finite thickness (Burmister´s problem (1945)). For the case of horizontal stratified soil deposits there are very few solutions available, in spite the common occurrence of this kind of soils in nature. One of such solutions has been proposed by Hisada (1995), which permits the response of a stratified half-space to dynamic or static forces, applied at any given point of the elastic medium, to be numerically computed. In the mathematical development, the application of the Green`s theorem allows the superposition of fundamental solutions to be more easily done by transforming area integrals into line integrals along the boundaries that define the geometry of either a single footing or a group formed by any number of shallow foundations. Some examples are herein presented in order to indicate the potential use of this approach to geotechnical engineering problems, in general, but with special emphasis to those of the foundation engineering. / [es] Muchos problemas de la Ingeniería geotécnica pueden ser resueltos por la superposición de soluciones singulares fundamentales de las ecuaciones diferenciales governantes. En esta disertación, se investiga el comportamiento mecánico de una fundación flexible, en términos de tensiones y distribuciones de recalco, considerando algunas soluciones fundamentales básicas publicadas en la literatura. Estas soluciones se refieren al campo de tensiones y al deslizamiento generados en un semi-espacio linealmente elástico, homogéneo e isotrópico, por una fuerza vertical aplicada en la superfície (Problema de Bousinesq (1885)), una fuerza horizontal aplicada en la superfície (Problema de Cerruti (1882)), una fuerza aplicada dentro de un semi-espacio (Problema de Mindlin (1936)) o dentro de una camada finita (Problema de Burmister (1945)). En el caso de depósitos de suelo estratificados, son pocas las soluciones disponibles, comparados con la gran existencia de este tipo de suelo en la naturaleza. Una de esas soluciones fue propuesta por Hisada (1995) y permite que la respuesta de la aplicación de cargas dinámicas o estáticas en cualquier punto de un semi-espacio estratificado, sea evaluada numéricamente. En el desarrollo matemático, la aplicación del teorema de Green permite llegar facilmente a la superposición de las soluciones fundamentales, transformando las integrales de área en integrales de línea a lo largo de los contornos que definen la geometría de una única fundación o de un grupo, formado por un número cualquier de fundaciones superficiales. Algunos ejemplos que se presentan en este trabajo discuten el potencial de la aplicación de esa técnica en problemas de la Ingeniería geotécnica, con énfasis especial para aquellos de la Ingeniería de fundaciones.

Elétrons em bandas estreitas de energia são fortemente afetados pela interação coulombiana como também por desordem na rede. Ambos os efeitos podem levar à localização, mas de naturezas diferentes: estado isolante de Mott, induzido por correlação, e localização de Anderson, induzida por desordem. A existência da fase de Mott ´e também significativamente dependente do preenchimento da banda. Abordagens teóricas para lidar com esse tipo de sistema são usualmente baseadas no hamiltoniano de Hubbard ou modelos relacionados, incluindo desordem como uma distribuição de energias locais. Neste trabalho, utilizando a Teoria de Campo Médio Dinâmico (DMFT), estudamos o modelo de Anderson-Falicov-Kimball e sua versão de três bandas, obtida como uma simplificação do modelo de Hubbard de três bandas associado aos planos de CuO2 dos cupratos supercondutores de alta temperatura crítica, realizando nossa análise para os casos magnético e não magnético. A densidade de estados de uma partícula é obtida por medias aritmética e geométrica sobre a desordem, já que somente a última pode detectar a localização na ausência de um gap de energia. Variando as intensidades de interação coulombiana e desordem, construímos diagramas de fases para esse modelo, onde identificamos transições metal-isolante mediadas por correlação e desordem, bem como a inter-relação entre esses efeitos. Isso é feito para vários preenchimentos de banda, já que nosso principal interesse aqui é estudar como a variação da densidade de elétrons (dopagem) afeta os diagramas de fases previamente obtidos na ausência de dopagem. Para o modelo de uma banda no caso paramagnético, as informações reveladas pela densidade de estados são confirmadas pela análise das condutividades estática e dinâmica, incluindo efeitos de temperatura. Quando consideramos a solução magnética, observamos o comportamento da temperatura de Néel e podemos apresentar um diagrama de fases mais completo. Além de uma análise bastante extensa do modelo de uma banda, fazemos um estudo inicial do modelo de três bandas, focalizando comportamentos que possam vir a ser comparados ao que se observa nos óxidos supercondutores. / Electrons in narrow-band solids are strongly affected by the Coulomb interaction as well as lattice disorder. Both effects can lead to localization, but of different nature: correlation-induced Mott insulating state, and disorder-induced Anderson localization. The existence of the Mott phase is also significantly dependent on the band filling. Theoretical approaches to deal with this kind of system are usually based on the Hubbard Hamiltonian or related models, including disorder as a distribution of the on-site energies. In this work, utilizing Dynamic Mean Field Theory (DMFT), we study the Anderson- Falicov-Kimball and its three-band version, obtained as a simplification of the three-band Hubbard model associated to the CuO2 planes of high-critical-temperature cuprate superconductors, performing our analysis for the magnetic and non-magnetic cases. The one-particle density of states is obtained by both arithmetic and geometrical averages over disorder, since only the latter can detect localization in the absence of an energy gap. Varying the strengths of Coulomb interaction and disorder, we construct phase diagrams for these models, where we identify metal-insulator transitions driven by correlation and disorder, as well as the interplay between these effects. This is done for various band fillings, since our main interest here is to study how the variation of the electron density affects the phase diagrams previously obtained in the absence of doping. For the one-band model in the paramagnetic case, the picture revealed by the density of states is further checked by evaluating the static and dynamic conductivities, including temperature effects. When we consider the magnetic solution, we observe the N´eel temperature behavior, and we are able to present a more complete phase diagram. Besides a quite extensive analysis of the one-band model, we develop an initial study of the threeband model, focusing on behaviors that might be linked with what is observed on the superconducting oxides.

Apresentamos um modelo teórico para explicar as tran sições de valéncia do Sm nas ligas Smi _ x M xS, onde M é um metal de transição (por ex. Y ou La), como uma função da concentração x. O sistema é descrito por um modelo de duas bandas: uma banda de largura nula e de energia E0 (o nível 4f do Sm) e uma banda de condução, a qual é tratada na aproximação do potencial coerente (CPA). Os elétrons 4f interagem entre si via uma repulsão coulombiana finita U, que separa a banda f em duas sub-bandas de energias E0 e Eo+U. Consi dera-se que as bandas f e de condução se hibridizam, sendo V o parâmetro de hibridização. Com este mo delo é possível obter uma transição continua de um estado funda mental não-magnético a um estado não magnético ou magnético, con forme se varia a razão U/V. A variação de valência como uma função da pressão nos monocalcogenetos de Sm (x = O) é também calculada. O modelo usa do é uma extensão do descrito acima, ao qual nOs incluimos uma repulsão coulombiana G entre elétrons f e de condução, mantendo finito o valor de U. Para diferentes valores de G/V obtemos tran sições de primeira ou de segunda ordem de um estado semicondutor a um estado metálico. A resistividade elétrica em ambas as fases é também calculada como uma função da temperatura e os re sultados teoricos obtidos estão em boa concordância com os experimentais. / We present a theoretical model to explain the valence transitions of Sm in Sm1-xMxS alloys, where M is a transition metal (e.g. Y or La) as a function of the concentration x. The system is described by a two-band model: a zero width band of energy E0 (the 4f-level of Sm) and a conduction band, which is treated in the coherent potencial approximation (CPA). The 4felectrons interact between them via a finite intra-atomic coulomb repulsion U, which splits the f-band in two sub-bands at energies E0 and Eo+U. The f -and conduction bands hybridize, being V the hybridization parameter. Within this model it is possible to obtain a continuous valence transition from a non- -magnetic to a non-magnetic or a magnetic ground-state, varying the ratio U/V. The change of valence as a function of pressure in the Sm monochalcogenides (x =0) is also computed. The model used is an extension of the one described above, in which we include a Coulomb repulsion G between f - and conduction electrons, preserving the finite value of U. For different values of G/V we obtain first or second order transitions from a semiconducting to a metallic state. The electrical resistivity in both fases as a function of temperature is also computed and the theoretical results obtained are in good agreement with the experimental ones.

Neste trabalho estudamos modelos teóricos que descrevem sistemas eletrônicos fortemente correlacionados, em especial o modelo t-J, e suas aplicações a compostos de óxidos de cobre, notadamente os compostos que apresentam supercondutividade de alta temperatura crítica e o composto Sr2CuO2Cl2. No primeiro capítulo do trabalho, fazemos uma exposição de três modelos que envolvem o tratamento das interações elétron-elétron, que são os modelos de Hubbard de uma banda, o modelo de Heisenberg e o modelo t-J. Na dedução deste último fazemos uma expansão canônica do hamiltoniano de Hubbard, no limite de acoplamento forte, levando-nos a obter um novo hamiltoniano que pode ser utilizado para descrever um sistema antiferromagnético bidimensional na presen- ça de lacunas, que é exatamente o que caracteriza os compostos supercondutores de alta temperatura crítica na sua fase de baixa dopagem.Após termos obtido o hamiltoniano que descreve o modelo t-J, aplicamos à este uma descrição de polarons de spin, numa representação de holons, que são férmions sem spin, e spinons, que são bósons que carregam somente os graus de liberdade de spin. Utilizando uma função de Green para descrever a propagação do polaron pela rede, obtemos uma equação para a sua autoenergia somando uma série de diagramas de Feynman, sendo que para este cálculo utilizamos a aproxima ção de Born autoconsistente[1]. Do ponto de vista numérico demonstramos que a equação integral de Dyson resultante do tratamento anterior não requer um procedimento iterativo para sua solução, e com isto conseguimos trabalhar com sistemas com grande número de partículas. Os resultados mostram, como um aspecto novo, que o tempo de vida média do holon tem um valor bastante grande no ponto (π,0 ) da rede recíproca, perto da singularidade de Van Hove mencionada na literatura[2]. Este aspecto, e suas implicações, é amplamente discutido neste capítulo. No capítulo 3 estudamos o modelo estendido t-t'-J, com tunelamento à segundos vizinhos e a incorporação dos termos de três sítios[3]. Fazemos a mesma formulação do capítulo anterior, e discutimos as aplicações dos nossos resultados ao óxido mencionado anteriormente. Finalmente, no último capítulo apresentamos uma aplicação original do modelo t-J à uma rede retangular, levemente distorcida, e demonstramos que os resultados do capítulo 3 são reproduzidos sem necessidade de introduzir termos de tunelamento adicionais no hamiltoniano. Esta aplicação pode se tornar relevante para o estudo das fases de tiras encontradas recentemente nesses materiais de óxidos de cobre.

Neste trabalho estudamos o modelo da rede de Kondo em uma rede kagome, buscando uma maior compreensão dos efeitos da frustração geométrica em sistemas de férmions pesados. Para tanto, fizemos uma aproximação de campo médio no hamiltoniano do sistema que serve para todas as fases do sistema. Analisamos inicialmente o caso não magnético. Obtemos neste limite as energias eletrônicas e as funções de Green necessárias ao cálculo numérico autoconsistente das ocupações e do parâmetro de Kondo. Os resultados encontrados estão em concordância qualitativa com trabalhos publicados em outras geometrias. A seguir analisamos o caso magnético, onde introduzimos uma aproximação suplementar, a qual é compatível com a de campo médio já considerada e, em princípio, existente apenas em sistemas com frustração geométrica. Realizamos cálculos autoconsistentes através de somas sobre as frequências de Matsubara. Os resultados mostram que não há coexistência entre ordem magnética e efeito Kondo, além de haver a supressão do antiferromagnetismo com o aumento de temperatura e variações no preenchimento de bandas. / In this work we study the Kondo Lattice model for the kagome lattice, in order to understand better the effects of geometrical frustration in heavy-fermion systems. In this context, we consider a mean field scheme valid for all the system’s phases. Firstly, we analyzed the nonmagnetic case. In this approximation the electron energies and spectral functions are reachable, then we use the density of states to calculate the occupations selfconsistently. Our results are qualitatively compared with previous works in other geometries. In the second part we introduce an approximation for magnestism, which takes into account the mean field scheme considered and the presence of geometrical frustration. Self-consistent calculations are done through the frequencies summation method. Our results show that the magnetism is supressed when the temperature is increased or the band filling deviates from half-filling. Besides, the coexistence of magnetic order and Kondo effect is not observable.

Apresentamos um modelo teórico para explicar as tran sições de valéncia do Sm nas ligas Smi _ x M xS, onde M é um metal de transição (por ex. Y ou La), como uma função da concentração x. O sistema é descrito por um modelo de duas bandas: uma banda de largura nula e de energia E0 (o nível 4f do Sm) e uma banda de condução, a qual é tratada na aproximação do potencial coerente (CPA). Os elétrons 4f interagem entre si via uma repulsão coulombiana finita U, que separa a banda f em duas sub-bandas de energias E0 e Eo+U. Consi dera-se que as bandas f e de condução se hibridizam, sendo V o parâmetro de hibridização. Com este mo delo é possível obter uma transição continua de um estado funda mental não-magnético a um estado não magnético ou magnético, con forme se varia a razão U/V. A variação de valência como uma função da pressão nos monocalcogenetos de Sm (x = O) é também calculada. O modelo usa do é uma extensão do descrito acima, ao qual nOs incluimos uma repulsão coulombiana G entre elétrons f e de condução, mantendo finito o valor de U. Para diferentes valores de G/V obtemos tran sições de primeira ou de segunda ordem de um estado semicondutor a um estado metálico. A resistividade elétrica em ambas as fases é também calculada como uma função da temperatura e os re sultados teoricos obtidos estão em boa concordância com os experimentais. / We present a theoretical model to explain the valence transitions of Sm in Sm1-xMxS alloys, where M is a transition metal (e.g. Y or La) as a function of the concentration x. The system is described by a two-band model: a zero width band of energy E0 (the 4f-level of Sm) and a conduction band, which is treated in the coherent potencial approximation (CPA). The 4felectrons interact between them via a finite intra-atomic coulomb repulsion U, which splits the f-band in two sub-bands at energies E0 and Eo+U. The f -and conduction bands hybridize, being V the hybridization parameter. Within this model it is possible to obtain a continuous valence transition from a non- -magnetic to a non-magnetic or a magnetic ground-state, varying the ratio U/V. The change of valence as a function of pressure in the Sm monochalcogenides (x =0) is also computed. The model used is an extension of the one described above, in which we include a Coulomb repulsion G between f - and conduction electrons, preserving the finite value of U. For different values of G/V we obtain first or second order transitions from a semiconducting to a metallic state. The electrical resistivity in both fases as a function of temperature is also computed and the theoretical results obtained are in good agreement with the experimental ones.

Neste trabalho estudamos modelos teóricos que descrevem sistemas eletrônicos fortemente correlacionados, em especial o modelo t-J, e suas aplicações a compostos de óxidos de cobre, notadamente os compostos que apresentam supercondutividade de alta temperatura crítica e o composto Sr2CuO2Cl2. No primeiro capítulo do trabalho, fazemos uma exposição de três modelos que envolvem o tratamento das interações elétron-elétron, que são os modelos de Hubbard de uma banda, o modelo de Heisenberg e o modelo t-J. Na dedução deste último fazemos uma expansão canônica do hamiltoniano de Hubbard, no limite de acoplamento forte, levando-nos a obter um novo hamiltoniano que pode ser utilizado para descrever um sistema antiferromagnético bidimensional na presen- ça de lacunas, que é exatamente o que caracteriza os compostos supercondutores de alta temperatura crítica na sua fase de baixa dopagem.Após termos obtido o hamiltoniano que descreve o modelo t-J, aplicamos à este uma descrição de polarons de spin, numa representação de holons, que são férmions sem spin, e spinons, que são bósons que carregam somente os graus de liberdade de spin. Utilizando uma função de Green para descrever a propagação do polaron pela rede, obtemos uma equação para a sua autoenergia somando uma série de diagramas de Feynman, sendo que para este cálculo utilizamos a aproxima ção de Born autoconsistente[1]. Do ponto de vista numérico demonstramos que a equação integral de Dyson resultante do tratamento anterior não requer um procedimento iterativo para sua solução, e com isto conseguimos trabalhar com sistemas com grande número de partículas. Os resultados mostram, como um aspecto novo, que o tempo de vida média do holon tem um valor bastante grande no ponto (π,0 ) da rede recíproca, perto da singularidade de Van Hove mencionada na literatura[2]. Este aspecto, e suas implicações, é amplamente discutido neste capítulo. No capítulo 3 estudamos o modelo estendido t-t'-J, com tunelamento à segundos vizinhos e a incorporação dos termos de três sítios[3]. Fazemos a mesma formulação do capítulo anterior, e discutimos as aplicações dos nossos resultados ao óxido mencionado anteriormente. Finalmente, no último capítulo apresentamos uma aplicação original do modelo t-J à uma rede retangular, levemente distorcida, e demonstramos que os resultados do capítulo 3 são reproduzidos sem necessidade de introduzir termos de tunelamento adicionais no hamiltoniano. Esta aplicação pode se tornar relevante para o estudo das fases de tiras encontradas recentemente nesses materiais de óxidos de cobre.

Elétrons em bandas estreitas de energia são fortemente afetados pela interação coulombiana como também por desordem na rede. Ambos os efeitos podem levar à localização, mas de naturezas diferentes: estado isolante de Mott, induzido por correlação, e localização de Anderson, induzida por desordem. A existência da fase de Mott ´e também significativamente dependente do preenchimento da banda. Abordagens teóricas para lidar com esse tipo de sistema são usualmente baseadas no hamiltoniano de Hubbard ou modelos relacionados, incluindo desordem como uma distribuição de energias locais. Neste trabalho, utilizando a Teoria de Campo Médio Dinâmico (DMFT), estudamos o modelo de Anderson-Falicov-Kimball e sua versão de três bandas, obtida como uma simplificação do modelo de Hubbard de três bandas associado aos planos de CuO2 dos cupratos supercondutores de alta temperatura crítica, realizando nossa análise para os casos magnético e não magnético. A densidade de estados de uma partícula é obtida por medias aritmética e geométrica sobre a desordem, já que somente a última pode detectar a localização na ausência de um gap de energia. Variando as intensidades de interação coulombiana e desordem, construímos diagramas de fases para esse modelo, onde identificamos transições metal-isolante mediadas por correlação e desordem, bem como a inter-relação entre esses efeitos. Isso é feito para vários preenchimentos de banda, já que nosso principal interesse aqui é estudar como a variação da densidade de elétrons (dopagem) afeta os diagramas de fases previamente obtidos na ausência de dopagem. Para o modelo de uma banda no caso paramagnético, as informações reveladas pela densidade de estados são confirmadas pela análise das condutividades estática e dinâmica, incluindo efeitos de temperatura. Quando consideramos a solução magnética, observamos o comportamento da temperatura de Néel e podemos apresentar um diagrama de fases mais completo. Além de uma análise bastante extensa do modelo de uma banda, fazemos um estudo inicial do modelo de três bandas, focalizando comportamentos que possam vir a ser comparados ao que se observa nos óxidos supercondutores. / Electrons in narrow-band solids are strongly affected by the Coulomb interaction as well as lattice disorder. Both effects can lead to localization, but of different nature: correlation-induced Mott insulating state, and disorder-induced Anderson localization. The existence of the Mott phase is also significantly dependent on the band filling. Theoretical approaches to deal with this kind of system are usually based on the Hubbard Hamiltonian or related models, including disorder as a distribution of the on-site energies. In this work, utilizing Dynamic Mean Field Theory (DMFT), we study the Anderson- Falicov-Kimball and its three-band version, obtained as a simplification of the three-band Hubbard model associated to the CuO2 planes of high-critical-temperature cuprate superconductors, performing our analysis for the magnetic and non-magnetic cases. The one-particle density of states is obtained by both arithmetic and geometrical averages over disorder, since only the latter can detect localization in the absence of an energy gap. Varying the strengths of Coulomb interaction and disorder, we construct phase diagrams for these models, where we identify metal-insulator transitions driven by correlation and disorder, as well as the interplay between these effects. This is done for various band fillings, since our main interest here is to study how the variation of the electron density affects the phase diagrams previously obtained in the absence of doping. For the one-band model in the paramagnetic case, the picture revealed by the density of states is further checked by evaluating the static and dynamic conductivities, including temperature effects. When we consider the magnetic solution, we observe the N´eel temperature behavior, and we are able to present a more complete phase diagram. Besides a quite extensive analysis of the one-band model, we develop an initial study of the threeband model, focusing on behaviors that might be linked with what is observed on the superconducting oxides.

Neste trabalho estudamos o modelo da rede de Kondo em uma rede kagome, buscando uma maior compreensão dos efeitos da frustração geométrica em sistemas de férmions pesados. Para tanto, fizemos uma aproximação de campo médio no hamiltoniano do sistema que serve para todas as fases do sistema. Analisamos inicialmente o caso não magnético. Obtemos neste limite as energias eletrônicas e as funções de Green necessárias ao cálculo numérico autoconsistente das ocupações e do parâmetro de Kondo. Os resultados encontrados estão em concordância qualitativa com trabalhos publicados em outras geometrias. A seguir analisamos o caso magnético, onde introduzimos uma aproximação suplementar, a qual é compatível com a de campo médio já considerada e, em princípio, existente apenas em sistemas com frustração geométrica. Realizamos cálculos autoconsistentes através de somas sobre as frequências de Matsubara. Os resultados mostram que não há coexistência entre ordem magnética e efeito Kondo, além de haver a supressão do antiferromagnetismo com o aumento de temperatura e variações no preenchimento de bandas. / In this work we study the Kondo Lattice model for the kagome lattice, in order to understand better the effects of geometrical frustration in heavy-fermion systems. In this context, we consider a mean field scheme valid for all the system’s phases. Firstly, we analyzed the nonmagnetic case. In this approximation the electron energies and spectral functions are reachable, then we use the density of states to calculate the occupations selfconsistently. Our results are qualitatively compared with previous works in other geometries. In the second part we introduce an approximation for magnestism, which takes into account the mean field scheme considered and the presence of geometrical frustration. Self-consistent calculations are done through the frequencies summation method. Our results show that the magnetism is supressed when the temperature is increased or the band filling deviates from half-filling. Besides, the coexistence of magnetic order and Kondo effect is not observable.