Orientadora: Ivonete Ávila / Coorientadora: Gretta Larisa Aurora Arce / Banca: João Andrade de Carvalho / Banca: Turibio Gomes Soares Neto / Resumo: Nesta dissertação, investiga-se a reação de dissolução ácida de rochas silicatos brasileiras visando a aplicação em um processo de captura e sequestro de carbono denominado por Carbonatação Mineral. Na carbonatação mineral pela rota indireta utiliza-se ácidos, bases ou sais de amônia para a extração do magnésio, principalmente, presente na rocha silicato a fim de a formar carbonatos estáveis. Destaca-se que a etapa de dissolução ácida é uma fase limitante para o processo de carbonatação mineral, principalmente por apresentar baixa taxa de reação. O objetivo deste trabalho é utilizar o ácido clorídrico (HCl) e dois serpentinitos oriundos do estado de Goiás e Minas Gerais para avaliar o processo de dissolução ácida. Os serpentinitos foram preparados, selecionados e caracterizados para determinar a composição elementar. Aplicou-se o planejamento experimental e arranjo L9 de Taguchi na avaliação dos fatores que influenciam o processo de dissolução, tais como, temperatura do processo, concentração do HCl, tamanho médio das partículas da matéria prima e excesso de ácido. Os 9 ensaios previstos na matriz de planejamento para cada serpentinito foram executados de forma aleatória e em duplicata. Os produtos finais, resíduo sólido retido no papel filtro e solução contendo os elementos de interesse, foram analisados obtendo-se a composição elementar das soluções. Considerando-se os testes previstos na matriz de planejamento, a condição de melhor ajuste para extração de Mg foi utilizando-se a granulometria média de 69 µm, temperatura de 70oC, HCl 2 M com quatro vezes a quantidade estequiométrica. Nas soluções foram obtidas as concentrações de 29% e 76% de Mg para as amostras de serpentinito de Minas Gerais e de Goiás, respectivamente. Foram também avaliadas ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this dissertation, acid dissolution reaction of Brazilian silicate rocks was investigated aiming the implementation in a Carbon Capture and Storage process named Mineral Carbonation. In the mineral carbonation by indirect route, acids, bases or salts of ammonia are used for magnesium extraction, mainly, present in the silicate rock in order to form stable carbonates. It is noteworthy that the acid dissolution step is a limiting step in the process of mineral carbonation, mainly because of its low reaction rate. The objective of this study was to use hydrochloric acid (HCl) and two serpentinites from Goiás and Minas Gerais states to evaluate the acid dissolution process. The serpentinites were prepared, selected, and characterized to determine the elemental composition. The L9 experimental design and Taguchi arrangement were applied to evaluate the factors that influence in the dissolution process, such as process temperature, HCl concentration, average particle size of material and acid excess. The nine tests prescribed in planning matrix for each serpentinite were performed at random and in duplicate. The end products, solid residue retained on the filter paper and the solution containing the elements of interest were analyzed obtaining the elemental composition of the solutions. Considering the prevised tests on planning matrix, the best adjust condition for Mg extraction was using the average particle size of 69 µm temperature of 70°C, 2 M HCl with four times the stoichiometric amount. In the solutions, the concentrations obtained were 29% and 76% Mg for samples of serpentinite from Minas Gerais and Goiás, respectively. The best conditions for the extraction of Fe and Ca and lower extraction of Si were evaluated, since Si decreases the conversion in the process. In the statistical analysis was found ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A interação entre rocha e metal, na forma de operações como perfuração, escavação e cominuição, dá origem a dois efeitos: um desejado, desagregação da rocha e outro indesejado, desgaste do metal. Como o desgaste, dramaticamente, influencia o desempenho dos equipamentos, é fundamental para estabelecer uma base para equações de predição de taxas de desgaste potencial. Neste contexto, Golovanevskiy e Bearman (2008), propuseram mais um método para avaliação da abrasividade. Este método, ensaio de abrasão por impacto deslizante (Gouging Abrasion Test), é realizado em condições de alta tensão/alto impacto de desgaste e é caracterizado pela maior taxa de remoção de material de todos os modos de desgaste e, portanto, representa o modo mais severo de desgaste abrasivo.O método consiste, basicamente, de uma ponteira cilíndrica com uma ponta cônica de 90º. Esta ponteira, em trajetória pendular, atinge uma amostra de rocha com energia de impacto de aproximadamente 300 joules e velocidade da ordem de 5,2 m/s. Semelhante à metodologia de cálculo de abrasividade Cerchar (CAI), o Gouging Abrasion Index (Gi) é calculado como sendo a média do diâmetro da ponta cônica, após desgaste, em milímetros e multiplicado por 10. Este trabalho verificou a adequabilidade do Gouging Abrasion Test, para um pequeno número de amostras de rocha que representam, qualitativamente, os principais tipos de rocha encontrados no Brasil e a sua correlação com outros ensaios consagrados como resistência à compressão, desgaste Amsler e dureza Knoop. Está análise mostrou alta correlação entre Gi e dureza knoop (R² = 0,94), baixa correlação com desgaste Amsler (R² = 0,41) e nenhuma correlação com resistência à compressão uniaxial. / The rock-metal interaction, like occurs in operations as drilling, excavation and crushing, generates two effects: the desired rock degradation and the undesirable metal wear. As the wear dramatically influences the process performance of the equipment, it is critical to establish a basis for predictive equations to estimate potential wear rates. Following this context, in 2008 Golovanevskiy and Bearman proposed a method for abrasiveness evaluation. The method, Gouging Abrasion Test, employs high-stress load gouging/sliding impact wear and is characterized by the highest material removing rate than all wear modes, therefore representing the most severe type of abrasive wear. The method consists, in a few words, of a steel wear tool with a 90o sharp conical tip. This tip attacks a rock sample in a swinging trajectory with a impact energy of more than 300 joules and a speed around 5,2 m/s. Like the Cerchar Abrasivity Index (CAI) calculation, the Gouging Abrasion Index (Gi) is determined as 10 times de average diameter in millimeters of de conical tip (now flat) after one event of wear. This work intends to improve the knowledge about Gouging Abrasion Test, and evaluates its suitability in a small group of rocks that represents some of the main types to be found in Brazil\'s rock cutting, drilling and crushing works. Its relation to other frequent tests like uniaxial compressive strength, Amsler abrasive wear and Knoop hardness were also verified. The results show high correlation between Gi and Knoop hardness (R2 = 0,94), low correlation with Amsler wear (R2 = 0,41) and no relation to uniaxial compressive strength.

Este trabalho apresenta os resultados de ensaios geotécnicos de laboratório e de campo realizados em um solo residual da Formação Rosário do Sul nas localidades de Triunfo, Montenegro e Canoas, no Complexo Industrial denominado de III9 Polo Petroquímico. Além disso, contem uma análise estatística e correlações entre os ensaios de laboratório e de campo. Foram analisados ensaios de caracterização, adensamento, triaxiais, compactação, sondagens a percussão com circulação d'água com ensaio de penetração dinâmica, sondagens mistas, ensaios de penetração estática e ensaios pressiométricos. A análise demonstrou que este solo e constituído predominantemente por material de granulação fina - argila e silte - com variadas proporções de areia fina, apresenta grande heterogeneidade, ora com alta plasticidade, ora com baixa plasticidade, as camadas tem consistência média a mole com níveis de elevada resistência. A composição mineralógica compreende essencialmente quartzo, feldspatos e argila minerais, com pequenas quantidades de minerais pesados. Localmente a presença de argilas expansivas impede a sua utilização como material de aterro. As fundações recomendadas para este solo são as estacas. Diagramas de controle de qualidade foram usados para determinar medições dentro de um intervalo de variabilidade aceitável: média geral mais ou menos três desvios padrão. Após a constatação da distribuição normal dos dados analisados, intervalos de confiança a 95% de probabilidade foram obtidos para todos os parâmetros. Métodos de regressão linear simples e múltipla foram usados avaliando-se o significado estatístico dos coefientes correspondentes. / This work presents the results of field and laboratory geotechnical tests performed on residual soils of the Rosário do Sul Formation from an area coveriring the municipalities of - Triunfo, Montenegro and Canoas, where the socalled Third Polo Petrochemical Industrial Complex is located. Statistical methods were used to estimate parameters by means of confidence intervals and to evaluate relations by means of regression analysis using field and laboratory data. The following tests were analysed: caracterization, consolidation, triaxial, compaction, standard penetration, mixed soundings, cone penetration and pressure meter. The analysis shows that this soil 1s made up primarily of fine granulometric components, clay and silt with proportions of fine sand and quite heterogenous, being either of low or high plasticity. The consistency of the layers vary from medium to soft, with high resistance levels. The mineralogical components of this soil are essentially quartz, feldspar and clay minerals with a small quantity of heavy minerals. Locally the presence of expansive clays impeds its use as a filling material. The use of pile foundation is recomended for this type of soil. Quality control diagrams were used to detect measurements that were outside the acceptable interval of variability: overall mean plus or minus three standard deviations. After being satisfied that the normal distribution applies, 95% confidence interval estimates were obtained for all the parameters, linear a•n d multiple regression methods were used and the statistical significance of the corresponding coefficients were evaluated.

Orientadores: Ivan de Araujo Simões Filho, Martin Tygel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:40:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosalba_JoseFernando_M.pdf: 3884757 bytes, checksum: ebfa5591c5e70d83fb6997a0479cdb64 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: O interesse pelo estudo da propagação de ondas elásticas em meios anisotrópicos vem crescendo nos últimos anos em decorrência da necessidade de maior resolução nos dados sísmicos voltados para exploração de petróleo. Com o desenvolvimento de detectores para registro de múltiplos componentes do campo de ondas, de fontes sísmicas apropriadas, associadas a novas técnicas de aquisição de dados como walkway VSP e tomografia poço a poço, faz-se necessário a adoção de modelos elásticos anisotrópicos. A especificação e parametrização de um meio heterogêneo anisotrópico é bastante complexa. No caso mais geral, todos os 21 parâmetros elásticos variam com a posição independentemente. O conceito de meios anisotrópicos fatorados (HAF) aplicado às equações das perturbações dos tempos de trânsito, permite uma simplificação considerável da modelagem direta e inversa, trazendo, ainda, a vantagem de poder separar a contribuição das perturbações da anisotropia da contribuição das perturbações da heterogeneidade. Quando consideradas apenas as perturbações de primeira ordem e meio de referência isotrópico, a diferença entre os tempos de trânsito das duas ondas quase-cisalhantes (tempos de birreftingência) é independente da heterogeneidade do meio, sendo função apenas da anisotropia. Demonstra-se que o mesmo ocorre com a diferença entre os tempos da onda quase-compressional e a média das ondas quase-cisalhantes (tempos de P e S combinados). Neste trabalho, são investigados aspectos da parametrização na inversão dos tempos de birreftingência em meios fraturados e o conteúdo de informações que poderiam advir dos procedimentos de inversões adotados, como por exemplo alguns elementos de simetria, a inversão dos componentes elásticos, densidade de fraturas, etc.. É efetuada também uma análise da parametrização dos tempos de P e S combinados, mostrando-se o grande potencial do uso desta equação para a inversão anisotrópica dos 21 parâmetros elásticos, caso a inversão dos tempos fosse bem sucedida / Abstract: Interest in the study of the propagation of elastic waves in anisotropic media has been growing in recent years, as a result of the need for higher resolution in seismic data related to oil exploration. The development of detectors for recording multiple components of the waves field, from appropriate seismic sources, associated to new data acquisition techniques, such as the vertical seismic profile (VSP) walkway and well-to-well tomography, has resulted in the need to use anisotropic elastic models. The specification and parametrization of an anisotropic heterogeneous medium is very complexo In the most general case, alI the 21 elastic parameters vary according to position, independently. The concept of factorized anisotropic inhomogeneous media (FAI) applied to the equations of perturbations of transit times, makes direct and inverse modeling considerably simplified, and also offers the advantage of being able to separate the contribution of the anisotropy perturbations ftom the contribution of the heterogeneity perturbations. If on1y the first arder and isotropic reference medium perturbations are considered, the difference between the transit times of the two quasi-shearing waves (bireftingence times) does not depend on the heterogeneity of the medium, being a function on1y of the anisotropy. It is shown that the same occurs with the difference between the times of the quasi-compressional wave and the average of quasi-shearing waves (P and S times combined). This paper investigates aspects of parametrization in the inversion of the bireftingence times in ftactured media and the contents of information which could be forthcoming ftom the inversion procedures adopted, such as, for example, some elements of symmetry, the inversion of elastic components, density of ftactures, etc. It also analyzes the parametrization ofthe P and S times combined, showing this equation's great potential for anisotropic inversion of the 21 elastic parameters, if the inversion of the times is successful / Mestrado / Geoengenharia de Reservatorios / Mestre em Geociências

Orientador: Euclides de Mesquita Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas , Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T11:03:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campos_JoaoCandidoBaptistade_D.pdf: 47784224 bytes, checksum: fb4ed5f7dca2c305aa5e9de19f88ba84 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: A teoria poroelástica de Biot é sintetizada de modo a torná-la mais facilmente aplicável a problemas práticos. Os parâmetros usados por Biot são explicitados em função de outros, que têm uma interpretação física mais simples e mais fácil, o que facilita a determinação deles em laboratório e o entendimento dos fenômenos poroelásticos. As equações que governam a teoria da poroelasticidade linear quase-estática, acoplando completamente deformação elástica e difusão de fluido em um meio poroso saturado, são solucionadas através do método dos elementos de contorno (MEC). Neste trabalho, a discretização espacial das equações integrais resultantes do MEC é feita considerando-se elementos constantes e lineares. A formulação quase-estática é resolvida no domínio da variável de Laplace com posterior inversão numérica para o domínio do tempo. O método é aplicado em problemas clássicos tais como o cilindro de Lamé, a placa infinita com um furo circular, consolidação sob carga unidimensional, etc, apresentando resultados que confirmam aqueles encontrados na literatura. Outros resultados obtidos têm aplicação imediata na análise da estabilidade e no fraturamento hidráulico de poços petrolíferos. Os resultados, obtidos no modelamento de um furo em urna formação poroelástica, permitem a interpretação da perda de estabilidade de suas paredes, por lascamento, corno conseqüência de fraturas circunferencias, perpendiculares à direção da menor tensão tectônica, causadas por tensões radiais efetivas de tração, devidas a uma pressão baixa dentro do furo. Estas fraturas criam pequenos pilares que rompem por flarnbagemou por compressão. As operações de estimulação de poços petrolíferos, por fraturamento hidráulico, mostram que a formação poro-permeável é mais facilmente quebrada quando há fluxo do fluido de fraturamento, ou seja, quando é usado um fluido com comportamento penetrante. Este fato é comprovado nesta tese. A evolução do fator de intensidade de tensão, modo I, de uma fratura pressurizada, em um meio poroso, é simulada, ocorrendo uma redução com o tempo, tendendo a um valor mínimo estabilizado / Abstract: The Biot's theory af poroelasticity is revisited making it more easily applicable to practical problems. The parameters used by Biot are redefined as functions of other ones with an easier and simpler physical interpretation. This helps their determination and the understanding of poroelastic phenomena. The equations that govern the theory of quasi-static linear poroelasticity, coupling elastic strain and fluid difusion in a saturated porous medium, are solved using the boundary element method (BEM). rn this work, the spatial discretization of the BEM integral equations is done considering constant and linear elements. The quasi-static formulation is solved in the domain of Laplace's variable with a posterior numerical inversion to the time domain. The method is applied to classical problems like the Lamé's cylinder, the infinite plate with a circular hole, the consolidation under a unidimensional load, etc., giving results that confirm those found in the literature. Other results that were achieved have immediate applicability in the study of oil wells stability and in their stimulation by hydraulic fracturing. The results that were obtained in the modelling of a borehole in a poroelastic formation allow the interpretation of the loss of its walls stability, by breakout, as a consequence of circunferencial fractures, normal to the direction of the minor tectonic stress, caused by tension effective radial stresses, due to a low pressure in the borehole. Those fractures create small piles that collapse by buckling andjor compression. The hydraulic fracturing operations made for oilwells stimulation show that it is easier to break the porous-permeable formation when there is flux of the fracturing fluido This means that the fluid presents a penetrating behavior. This fact is comproved in this thesis. The stress intensity factor, mode I, of a pressurized fracture in a porous medium is simulated. It is observed that it decreases with time tending to a constant minimum value / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Esta dissertação apresenta uma revisão bibliográfica dos principais aspectos envolvidos nas operações de escavação de rochas com furos de grande diâmetro na mineração a céu aberto. O trabalho expõe o método de perfuração rotativa por ser o mais utilizado na execução desta operação unitária de lavra. Faz-se também um estudo dos principais agentes de desmonte que contribuem no emprego de furos de grande diâmetro na indústria da mineração, especialmente na explotação de minérios metálicos. São analisadas as propriedades do maciço rochoso, na determinação da carga específica e sua influência nos resultados da escavação de rochas por explosivos. É realizada ainda uma análise da metodologia utilizada para o dimensionamento do plano de fogo, baseando-se na inter-relação existente entre seus diversos elementos geométricos. Apresenta-se também a teoria de crateras como uma metodologia alternativa para dimensionamento de plano de fogo. Finalmente mostram-se os principais impactos ambientais decorrentes da detonação de explosivos na escavação de rochas. / This dissertation presents a bibliographical review of the main aspects involved in the open pit blasting operation using large diameter blastholes. The work displays the method of rotary drilling, being the most frequent used in the execution of this mining unitary operation. Here is presented a study of the main blasting agents that contribute to the increasing application of large diameter blastholes in the mining industry, especially in the field of metallic ores. The properties of the rock mass are analysed, in the determination of the powder factor and its influence on the results of rock excavation by explosives. An analysis of the methodology used for the determination a shot plan is carried out based on the existing interrelation between diverse geometric elements involved. The crater theory is also presented as an alternative methodology for the same purpose. Finally, the main environmental impacts caused by blasting in the rock excavation are discussed.

A caracterização geotécnica de maciços rochosos é um dos aspectos mais importantes para o sucesso de um empreendimento mineiro. Desta forma é preciso ter um investimento significativo para a aquisição de dados durante a fase de pesquisa mineral, bem como um grande esforço para manipular os dados obtidos. Para se determinar as propriedades de um maciço, é necessário estabelecer, primeiramente, as diferenças entre rochas intacta e maciço rochoso. O comportamento mecânico destas duas classes pode apresentar grandes diferenças quando analisadas em laboratório. Um dos métodos mais utilizados no ambiente mineiro para classificar o maciço rochoso é o Rock Mass Rating (RMR), sistema que consiste em ranquear os seguintes parâmetros: Rock Quality Designation (RQD), espaçamento entre fraturas, resistência a compressão simples (UCS), qualidade das descontinuidades e presença de água no maciço. Este trabalho tem por utilizar a geoestatística para primeiro se conhecer algumas das particularidades destas variáveis, tais como a não linearidade, o comportamento em diferentes direções e a união de diferentes populações e posteriormente usar as técnicas de krigagem para criar um modelo geotécnico tridimensional. A geoestatística nos permite obter uma estimativa mais precisa e ter um maior conhecimento da incerteza do fenômeno, entretanto o RMR, por não ser uma variável aditiva, não se pode aplicar diretamente o uso das técnicas de krigagem. Assim uma metodologia é proposta para se estimar cada um dos parâmetros, ranqueá-los de acordo com seus valores e por fim obter a classificação RMR através do somatório destes ranques. Os resultados são comparados com a geologia estrutural da região de estudo, para se analisar a relação desta com a qualidade do maciço. A metodologia proposta apresentou uma melhora significante na qualidade de informações no local estimado e mostrou ser uma tentativa consistente para se criar um modelo geotécnico 3D. / The geotechnical characterization of rock masses is one of the most important aspects for the success of a mining enterprise. In this way, it is necessary to have a significant investment to acquire data during the mineral research phase and to make a great effort to manipulate and interpret the obtained data. In order to know a rock, it is necessary to establish the differences of properties between rock intact and rocky mass. The mechanical behavior of these two classes can present great differences when analyzed in the laboratory. One of the methods most used in the mining environment to classify the rock mass is the Rock Mass Rating (RMR) system, which consists of ranking the following parameters: Rock Quality Designation (RQD), fracture spacing, simple compression strength (UCS) quality of the discontinuities and presence of water in the massif. This work has to use geostatistics to first know some of the peculiarities of these variables, such as nonlinearity, behavior in different directions and the union of different populations and later to use kriging techniques to create a three - dimensional geotechnical model. The geostatistics allows us to obtain a more accurate estimate and to have a better knowledge of the uncertainty of the phenomenon, however, the RMR is not an additive variable, so cannot be directly applied the use of kriging techniques. Thus a methodology is proposed to estimate each of the parameters, rank them according to their values and finally obtain the RMR classification through the sum of these ranks. The results are compared with the structural geology of the study region, in order to analyze its relation with the quality of the rock mass. The proposed methodology presented a significant improvement in the quality of information at the estimated site and proved to be a consistent attempt to create a 3D geotechnical model.

O estudo da mecânica da fratura de rochas é extremamente importante pois o processo de ruptura das rochas se dá em grande parte por propagação de trinca e as teorias clássicas da resistência dos materiais baseadas na mecânica do contínuo possuem critérios de ruptura que não lidam com a propagação da trinca. Um parâmetro fundamental da Mecânica da Fratura de Rochas é a tenacidade à fratura, que é o parâmetro que indica a habilidade de materiais idealmente frágeis resistir ao fraturamento por esforços de fadiga ou estático. Constam deste trabalho uma revisão da literatura sobre tenacidade à fratura de rochas, a descrição dos três tipos de ensaios (sugeridos pela ISRM, 1988 e 1995) e das amostras usadas para a realização destes, bem como seus resultados e conclusões. No apêndice tem-se um embasamento teórico dos ensaios. Visa-se com esta pesquisa capacitar o laboratório de mecânica das rochas da EESC-USP com técnica e instrumental necessário para a determinação de tenacidade à fratura para o modo I de propagação sugeridos pela ISRM. Os equipamentos mais sofisticados para a realização desses ensaios já estavam à disposição do laboratório, restou somente a aquisição ou desenvolvimento de pequenos dispositivos de montagem ou preparação das amostras. / The study of Rock Fracture Mechanics is extremely important since rock failure generally occur by propagating fracture. The classic failure criteria and theories based on solid mechanics do not deal directly with fracture processes. A fundamental parameter in Rock Fracture Mechanics is the fracture toughness which indicate its material resistance to crack propagation. This work contains a review of the literature about rock fracture toughness, testing procedures and calculations recommended by ISRM, 1988 and 1995 testing results are also included, as well as, theorical background about testing. The aim of this research is to make available the determination of fracture toughness suggested by ISRM. Sophisticated equipment, used in the release of this tests, was already available in the laboratory, it remained only the acquisition of simple devices.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-07-09T12:29:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoEstabilidadeMecanica.pdf: 11477602 bytes, checksum: 6af6cc1a1e5c0885abc416d0e5bdc521 (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Definir palavras-chave on 2014-08-06T16:34:20Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-08-12T15:00:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoEstabilidadeMecanica.pdf: 11477602 bytes, checksum: 6af6cc1a1e5c0885abc416d0e5bdc521 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-09-19T13:25:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoEstabilidadeMecanica.pdf: 11477602 bytes, checksum: 6af6cc1a1e5c0885abc416d0e5bdc521 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-19T13:25:48Z (GMT). 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Em formações sedimentares pouco consolidadas as ferramentas de perfilagem sônica convencionais (monopolares) não conseguem registrar com acuidade a velocidade da onda cisalhante pois a primeira chegada dessa onda é camuflada pela chegada de outras ondas que podem ser mais rápidas que a onda cisalhante num poço perfurado neste tipo de formação. Medidas das velocidades sônicas são feitas em laboratório em amostras da formação, sob condições semelhantes às condições in situ, servindo como ajuste das velocidades registradas no poço pela ferramenta de perfilagem sônica. Para a análise de estabilidade da formação, perfis auxiliares são necessários como o perfil de porosidade, saturação de fluidos e perfis de composição mineralógica da formação rochosa. Exige-se ainda dados de testes de avaliação da formação e de condições do reservatório, mas que são comuns em poços de petróleo, como o teste de formação e os testes de pressurização do poço, tais como o teste de micro-fraturamento hidráulico ou o teste de absorção. A avaliação das tensões principais efetivas que atuam distante do poço, e que não são afetadas pela sua presença, é feita através da associação de um modelo de deformação elástica apropriado e o resultado do teste de pressurização disponível para o poço em estudo. Utilizando resultados clássicos da teoria da elasticidade geral pode-se calcular o campo de tensões modificado na vizinhança da parede do poço devido ao efeito da própria presença do poço ali perfurado e da diferença de pressão existente entre o interior do poço e a formação rochosa. A determinação das propriedades mecânicas da formação a partir das velocidades sônicas e a avaliação do campo de tensões assumindo um modelo elástico de deformação, supõem o meio rochoso no qual as ondas se propagam como elástico, homogêneo e isotrópico. Esta suposição representa a principal aproximação assumida pela metodologia descrita neste trabalho. De posse das propriedades mecânicas da formação e do campo de tensões que age na vizinhança do poço resta definir o critério segundo o qual a rocha sofre instabilidade mecânica quando submetida aquele campo de tensões. Isto permite determinar se, nas condições avaliadas do poço e da formação, haverá quebra da parede do poço por excesso de tensão e, se houver, qual a sua extensão. Assim o problema é como analisar o comportamento mecânico de um poço em uma formação pouco consolidada a partir de perfis geofísicos os quais podem ter problemas no registro das propriedades físicas do meio em formações deste tipo. A metodologia proposta é aplicada a dois intervalos de profundidade pertencentes a dois poços onde arenitos e folhelhos se intercalam e nos quais todos os dados necessários estão disponíveis. Os resultados obtidos mostram que, exceto quando outros mecanismos de quebra da parede do poço agem na formação, a metodologia proposta consegue com sucesso detectar zonas de ocorrência de instabilidade mecânica do poço provocadas por um campo de tensões que excede a resistência mecânica da formação. / The stability of boreholes can be evaluated from the rocks' mechanical properties, which are compared to the acting stress field using an appropriate failure criterion. The elastic parameters can be measured on rock samples in the laboratory (static parameters) or can be calculated from acoustic velocities and the formation bulk density (dynamic parameters). Dynamic elastic parameters can be obtained from wireline logs, but in poorly consolidated rocks the arrival of the shear wave is often masked by the Stoneley wave, which may travel faster and has a higher amplitude. The giant Campos basin offshore Brazil contains such rocks. We performed laboratory measurements of acoustic velocities on samples from this basin and we use them to correct the shear velocities obtained from waveform processing. Based on this we calculate elastic properties (e.g. Poisson's ratio, bulk modulus) of the rocks which we assume to be homogeneous and isotropic. Mechanical properties such as the shear, compressional and tensional strength are obtained from empirical relations with mineralogy and the elastic parameters. The stress field was evaluated using an uniaxial strain model and actual formation pressure data. From this, near-wellbore stresses were calculated using the modified Kirsch equations. The stress concentrations around the wellbore are illustrated for a number of representative cases. Wellbore failure occurs when these local stresses exceed the formation strength. Three different failure criteria were tested: The Mohr-Coulomb, the Griffith and the Fairhurst criterion. They respectively represent failure due to shear, tension and a combination of compression and tension. Actual wellbore instability was determined from the differential caliper measurement. Two sequences were analyzed, both consisting of intercalations of sands and shales. We found that the Fairhurst criterion offered the best match with the actually observed wellbore failure, and we propose it as a method to predict borehole instability for this basin.

Uma maneira de analisar a estabilidade de túneis escavados em maciços rochosos fraturados é a baseada na teoria da análise limite utilizando um critério de resistência macroscópico desenvolvido a partir da teoria de homogeneização. Este trabalho primeiramente descreve o comportamento mecânico dos constituintes do maciço rochoso fraturado e os métodos usuais de análise. Posteriormente é descrita a teoria da análise limite e da homogeneização em análise limite, utilizando estas teorias é apresentado o critério de resistência macroscópico para maciços rochosos fraturados em estado plano de deformações desenvolvido por Fréard (2000) e desenvolvido um critério de resistência macroscópico para maciços rochosos fraturados para o caso tridimensional. A partir destes critérios aplicaram-se mecanismos de ruptura para se encontrar limites superiores da função de estabilidade. Assim permitindo a análise da previsibilidade do colapso do túnel estação Pinheiros do metrô de São Paulo o qual os resultados apresentavam a possibilidade de prever o colapso. / One way of analyze the stability of tunnels excavated at fractured rock masses is based on the theory of yield design using a macroscopic strength criterion developed from the theory of homogenization. This dissertation first describes the mechanical behavior of the fractured rock mass constituents and the usual methods of analysis. Later is described the yield design theory and the theory of homogenization applied to the yield design using these theories is presented macroscopic strength criterion for fractured rock masses in a state plan developed by Fréard (2000) and developed a macroscopic strength criterion for rock masses fractured to the three-dimensional case. Based on these criteria were applied failure mechanisms to meet the upper bounding of the stability function. So it’s possible to analyze the predictability of the collapse of the tunnel-station Pinheiros of the Sao Paulo subway which the results showed the possibility of predicting the collapse.