Um elemento finito para análises elastoplásticas de placas (em flexão ou não) e cascas é descrito. Este elemento apresenta geometria triangular e é o resultado do acoplamento entre um elemento de flexão de placas (DKT) e um elemento de tensão plana, baseado na formulação livre (FF). O elemento DKT é um elemento finito bem conhecido, considerado por muitos autores como um dos melhores de sua classe. O elemento FF apresenta o grau de liberdade rotacional normal, que é essencial quando se trabalha com cascas aproximadamente planas. Além disso, sua convergência é garantida devido à imposição do \'Teste do Elemento Individual\'. O comportamento elastoplástico é aproximado por meio de técnicas de integração implícita. Plasticidade associativa é considerada com encruamento isotrópico e critério de von Mises. Afim de preservar a taxa assintótica de convergência quadrática do método de Newton-Raphson, a matriz tangente elastoplástica consistente é aplicada. Resultados demonstram a precisão e eficiência da formulação proposta. / A finite element for elastoplastic analysis of plates (in bending or not) and shells is described. This element presents triangular geometry and is the result of a coupling between a plate in bending element (DKT) and a plane stress elernent, based on the free formulation (FF). The DKT element is a well-known finite element, considered by many authors as one of the best of its class. The FF element presents the normal rotation degree of freedom, what is essential when working with near planar shells. Beyond this, its convergence is guaranteed due to the imposition of the \'Individual Element Test\'. The elastoplastic behaviour is approached by means of implicit integration techniques. Associative plasticity is considered with isotropic hardening and the von Mises criteria. In order to preserve the quadratic rate of asymptotic convergence of Newton-Raphson method, the consistent elastoplastic tangent matrix is applied. Results demonstrates the accuracy and efficiency of the proposed formulation.

Localized irregularities in the canal walls are sities which concentrate stresses and make the stresses distribution occurs asymmetrically in the root structure during the filling phase. This asymmetric distribution of stresses may contribute to the generation of defects in the dentin, which can propagate in vertical root fracture (VRF). Thus, this study evaluated the influence of enlargement in the apical stress distribution in curved canals when a spreader digital was inserted against the canal walls using Finite Element Analysis (FEA). A basic three-dimensional geometric model of the mesiobuccal root (MV) of a Maxillary First Molar (1ºMM) with root canal curved and anatomical diameter 0.25 mm was confectioned with the program SolidWorks Simulation (Dassault Systèmes SolidWorks Corporation, France). Based on this basic model, four post-instrumentation geometric models were established to accommodate canal preparation performed with HERO 642 (Micromega, Besançon, France) instruments 30/.02 (IAF +1); 35/.02 (IAF +2); 40/.02 (IAF +3) and 45/.02 (IAF +4). In the program SolidWorks Simulation, the models were discretized in a finite number of elements united by their nodal points. To the models were attributed to mechanical properties of dentin that characterized their mechanical behavior. The models were fixed to the outer surface to limit the rotational and translational movements in all directions during the simulation. A load of 13 N was applied along the canal walls (mesial, distal, buccal and palatal) up to 3 mm of the apical foramen simulating the action of a spreader digital Nickel-Titanium (NiTi) B Dentsply Maillefer, Ballaigues, Switzerland). The results of AEF showed a better distribution of stresses as further enlargement was performed. The highest stress decreased distal and palatal walls of the canal because of the increased apical enlargement. The location of the highest value of stress changed in the buccal and palatal walls due to increased apical enlargement. Thus, it can be concluded that the enlargement apical improve the distribution of stresses in curved canals when a digital spreader is inserted against the walls of the canal. / Irregularidades presentes nas paredes do canal radicular são sítios que concentram tensões, e fazem com que a distribuição de tensão ocorra de maneira assimétrica na estrutura radicular durante a etapa obturadora. Essa distribuição assimétrica de tensões talvez contribua para a geração de defeitos na dentina radicular, os quais podem propagar-se em Fratura Vertical da Raiz (FVR). Diante disso, este estudo avaliou a influência do alargamento apical na distribuição de tensões em canais radiculares curvos quando um espaçador digital foi inserido contra as paredes do canal utilizando a Análise de Elementos Finitos (AEF). Um modelo geométrico tridimensional básico da raiz Mésio-Vestibular (MV) de um Primeiro Molar Superior (1ºMS) com canal radicular curvo e diâmetro anatômico 0,25 mm foi confeccionado com o programa SolidWorks Simulation (Dassault Systèmes SolidWorks Corporation, França). Baseado nesse modelo básico, quatro modelos geométricos pós-instrumentação foram estabelecidos para acomodar o preparo do canal realizado com instrumentos HERO 642 (Micromega, Besançon, França) 30/.02 (IAI+1); 35/.02 (IAI+2); 40/.02 (IAI+3) e 45/.02 (IAI+4). No programa SolidWorks Simulation, os modelos foram discretizados em um número finitos de elementos unidos por seus pontos nodais. Aos modelos foram atribuídas propriedades da dentina (módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson e densidade) a fim de caracterizar o seu comportamento mecânico. Então, os modelos foram fixados na superfície externa para limitar os movimentos de rotação e translação em todas as direções durante a simulação. Uma força de 13 N foi aplicada ao longo das paredes do canal radicular (mesial, distal, vestibular e palatina) até 3 mm do forame apical simulando a ação de um espaçador digital B de Níquel-Titânio (NiTi) (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suíça). Os resultados da AEF mostraram que houve uma melhor distribuição de tensões à medida que um maior alargamento foi realizado. O maior valor de tensão diminuiu nas paredes distal e palatina do canal em virtude do maior alargamento apical. O local aonde a tensão foi maior, mudou nas paredes vestibular e palatina, de 6 mm para 3 mm, em decorrência do maior alargamento apical. Dessa forma, pode-se concluir que o alargamento apical melhora a distribuição de tensões em canais radiculares curvos quando um espaçador digital é inserido contra as paredes do canal.

[pt] A análise de fluxo em solos parcialmente saturados exige o conhecimento das propriedades hidráulicas do solo: a curva característica, q(y), e a curva de permeabilidade, k(y). Entre os problemas geotécnicos que envolvem fluxo em meios parcialmente saturados pode-se citar a instabilização de encostas, muitas vezes associada a variações de sucção, e o transporte de contaminantes, pois, freqüentemente, a fonte contaminante está acima do nível d`água. O principal objetivo deste trabalho é a implementação numérica de um programa, baseado num código de elementos finitos, para a realização da retroanálise de parâmetros de fluxo em solos parcialmente saturados a partir de ensaios de campo, e que forneça também informações sobre a qualidade da estimativa obtida. O método de retroanálise utilizado permite a determinação simultânea da curva característica e da curva de permeabilidade a partir de dados de fluxo transiente. O programa desenvolvido foi utilizado para determinar os parâmetros de fluxo de um ensaio realizado no campo experimental II da PUC - Rio. Com base na análise dos resultados obtidos neste ensaio e na análise de sensibilidade foi proposto um ensaio de configuração mais simples que pode fornecer resultados satisfatórios na determinação das propriedades hidráulicas de solos parcialmente saturados. / [en] Flow analysis in partially saturated soils requires the determination of soil hydraulic properties: its characteristic curve, q(y), and its permeability curve k (y). The instabilization of slopes, often associated with suction variations, and the transport of contaminants, where the source of contaminants is often above water leve, are some of the geotechnical problems involving flows in partially saturated media. The main objective of this work is the numerical implementation of a program, based on finite element coding, for the back analysis of flow parameters in partially saturated soils, based on field experiments, capable of providing information on the quality of the estimates obtained. The back analysis method used here allows the simultaneous determination of the characteristic and permeability curves from transient flow data. The program was used to determine flow parameters of a field experiment conducted in Experimental Field II (PUC- Rio). A simpler configuration test is proposed based on the analysis of the results obtained in this field experiment and on a sensitivity analysis. This test may provide satisfactory results in the determination of hydraulic properties of partially saturated soils. / [es] El análisis de flujo en suelos parcialmente saturados exige el conocimiento de las propiedades hidráulicas del suelo: la curva característica, q(y), y la curva de permeabilidade, k(y). Entre los problemas geotécnicos que consideran flujos en medios parcialmente saturados se puede citar la inestabilidad de pendientes, muchas veces asociada a la variaciones de succión; y el transporte de contaminantes, ya que frecuentemente la fuente contaminante está encima del nível de agua. El principal objetivo de este trabajo es la implementación numérica de un programa, basado en un código de elementos finitos, para la realización del retroanálisis de parámetros de flujo en suelos parcialmente saturados a partir de ensayos de campo, y que brinde también informaciones sobre la calidad de la estimatición obtenida. El método de retroanálisis utilizado permite la determinación simultánea de la curva característica y de la curva de permeabilidad a partir de datos de flujo transitorio. El programa desarrollado fue utilizado para determinar los parámetros de flujo de un ensayo realizado en el campo experimental II de la PUC - Rio. Analizando los resultados obtenidos en este ensayo y el análisis de sensibilidad, se propone un ensayo de configuración más simple que puede dar resultados satisfactorios en la determinación de las propiedades hidráulicas de suelos parcialmente saturados.

[pt] Este trabalho estuda problemas geotécnicos e de interação solo-estrutura utilizando o método dos elementos finitos acoplado com a transformada de Fourier. Pela aplicação da transformada de Fourier, as equações diferenciais que governam o problema elástico linear, com as correspondentes condições de contorno, são reescritas no plano de Fourier, permitindo que um problema de natureza tridimensional possa ser numericamente analisado por uma discretização bidimensional. Esta técnica foi empregada neste trabalho para certos problemas de engenharia, como dutovias, túneis e fundações tipo radier, onde a geometria e os parâmetros dos materiais mantêm-se constantes ao longo do eixo longitudinal do corpo, porém admitindo-se variações espaciais no carregamento imposto ao sistema, gerando , assim, um estado tridimensional de tensões. Alguns elementos de interface, com formulação publicada na literatura, foram também considerados na implementação computacional, visto que em problemas de interação solo- estrutura o comportamento do sistema é bastante influenciado pelas propriedades e características mecânicas do solo imediatamente vizinho à estrutura. Os exemplos numéricos apresentados são comparados, sempre que possível, com os resultados obtidos por outra solução analítica ou numérica, procurando discutir as vantagens e limitações do acoplamento da transformada de Fourier com o método dos elementos finitos para a análise de determinada classe de problemas geotécnicos tridimensionais. / [en] In this work some geotechnical and soil-structure interaction problems are studied using the finite element method coupled with a Fourier transform technique. For linear elastic problems, Fourier transforms are applied to the governing field equations, thus enabling that some specific tridimensional problems can be analyzed using a 2D finite element mesh. In conventional finite element applications, a 3D discretization is usually required, but difficulties associated with the preparation of the finite element mesh and the involved computational efforts prevent, in general, the use of a true 3D model. The integral transform method is used in this research for the analysis of some very common problems in geotechnical engineering, such as piping systems, raft foundations and tunnels, where the geometry and the soil profile may be considered constant along a coordinate direction. The applied loading, however, can assume any possible surface distribution, which does not allow to treat the problem under the plane strain assumptions. Some special finite elements presented in the literature, called joint or interface elements, are also incorporated into the finite element computational program written in this research, given that for soil-structure interaction problems the material behavior at the common interface may greatly affect the entire system results. Some numerical examples are presented, and their numerical results are compared, whenever possible, with other solutions obtained using analytical or other numerical technique. Advantages and limitations of the integral transform method to solve tridimensional geomechanics problems are also discussed in this work. / [es] Este trabajo estudia problemas geotécnicos y de interacción suelo-extructura utilizando el método de los elementos finitos acoplado con la transformada de Fourier. Por la aplicación de la transformada de Fourier, las ecuaciones diferenciales que goviernan el problema elástico lineal, con las correspondentes condiciones de contorno, son reescritas en el plano de Fourier, permitiendo que un problema de naturaleza tridimensional pueda ser numericamente analizado por una discretización bidimensional. Esta técnica fue utilizada en este trabajo para ciertos problemas de Ingeniería, como canales, túneles y fundaciones tipo radier, donde la geometría y los parámetros de los materiales se mantienen constantes a lo largo del eje longitudinal del cuerpo, aunque se admiten variaciones espaciales en la carga impuesta al sistema, generando , así, un estado tridimensional de tensiones. En la implementación computacional fueron considerados algunos elementos de la interfaz, con formulación publicada en la literatura, ya que en problemas de interacción suelo-extructura, el comportamiento del sistema está bastante influenciado por las propiedades y características mecánicas del suelo imediatamente vecino a la extructura. Los ejemplos numéricos presentados se compararon, siempre que fue posible, con los resultados obtenidos por otra solución analítica o numérica, discutiendo las ventajas y limitaciones del acoplamiento de la transformada de Fourier con el método de los elementos finitos para el análisis de determinada clase de problemas geotécnicos tridimensionales.

[pt] O processo de revestimento de substratos é uma das principais etapas na manufatura de diversos produtos, tais como eletrônicos transparentes, fitas magnéticas e adesivos. Em sua grande maioria, os estudos disponíveis na literatura consideram que o líquido de revestimento é um fluido Newtoniano. No entanto, em grande parte das aplicações, este fluido é mais complexo, sendo composto por partículas dispersas em uma fase contínua. Nesse sentido, efeitos reológicos relacionados à presença das partículas no escoamento ainda não são bem estabelecidos. Por exemplo, variações nos valores locais de taxa de cisalhamento e concentração induzem à diferentes mecanismos de migração de partículas que, por sua vez, podem mudar os padrões do escoamento e a estrutura final do filme. Além disso, se o tamanho das partículas é pequeno o suficiente de modo que forças coloidais são relevantes, fenômenos locais como redução ou aumento de viscosidade podem ocorrer dependendo das contribuições macroscópicas do escoamento. Neste trabalho, as equações de conservação de massa, momento e transporte de partículas são consideradas juntas com um modelo de viscosidade sensível a variações locais tanto de concentração quanto da taxa de cisalhamento. Nesse sentido, o Modelo de Fluxo Difusivo é empregado com o intuito de capturar fluxos difusivos de partículas em casos nos quais interações irreversíveis entre partículas são relevantes. As equaçõoes de conservação são acopladas a um sistema de equações diferencias que descreve o mapeamento numérico entre o domínio físico e outro de referência, e são discretizadas usando o Método de Elementos Finitos com a formulação fraca de Galerkin. O sistema não-linear resultante é resolvido por meio do método de Newton associado à um robusto método LU de decomposição matricial. Os resultados mostram que o comportamento reológico de suspensões coloidais afeta a distribuição final de partículas no filme depositado e os limites de operação de um processo típico de revestimento de substrato por extrusão. / [en] Coating is the main step in the manufacturing process of many common and new products such as paper, adhesive and magnetic tapes, and flexible and transparent electronics. Most of the available analyses consider the coating liquid as Newtonian. However, in many applications the coating liquid is a complex fluid composed by particles suspended in a viscous medium. The effect of suspended particles in the coating liquid on the coating flow remains unknown. Local variation of particle concentration associated with different mechanisms of particle migration may lead to viscosity gradients, which can change the flow pattern and final particle structure in the coated film. Moreover, if the particles are small enough, colloidal forces are important and hence non-Newtonian behavior such as shear-thinning and shear-thickening may occur. In this study, the conservation equations of mass, momentum and particle transport, are considered in which the viscosity is assumed to vary not only with local particle concentration but also with local shear rate (i.e. shear sensitive liquids). With this in mind, we employ the Diffusive Flux Model (DFM) to capture particle diffusion where irreversible particle-particle interactions are dominant. The conservation equations together with the set of differential equations that describes the mapping between the unknown flow domain to a fixed reference domain are solved using the Galerkin/Finite Element Method (GFEM). The resulting non-linear system of algebraic equations is solved using Newton s method coupled with a robust LU frontal solver. The results show how the rheological behavior of colloidal suspensions affects the particle distribution on the deposited liquid film and the process limits in a typical slot coating flow.

[pt] Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta numérica para avaliação do fluxo saturado-não saturado em encostas de grandes dimensões, com aplicação na análise de estabilidade dessas áreas. Emprega-se o método dos elementos finitos na solução da equação de Richards, considerando a carga de pressão como variável primária e utilizando formulação adequada para minimização dos problemas de conservação de massa, freqüentemente, associados a esse fato. O modelo constitutivo utilizado para a curva característica e função de condutividade hidráulica é o proposto por Van Genuchten (1980). Para solução da não-linearidade, emprega-se um método quasi- Newton (BFGS). Com o objetivo de minimizar os requisitos de memória computacional, utiliza-se esquema de armazenamento de matriz esparsa, associado ao método de gradiente biconjugado, na solução do sistema de equações. Paralelamente, é apresentado algoritmo de geração de malha tridimensional de elementos finitos, a partir de uma malha superficial de triângulos, representativa da topografia. Análises numéricas são executadas com a finalidade de validação do código gerado, comparando-se os resultados obtidos com aqueles gerados por outros programas já consagrados na literatura técnica. É proposta metodologia para geração de mapas de susceptibilidade a escorregamentos translacionais rasos, empregando-se o método do talude infinito, associado à estrutura da malha de elementos finitos e aos resultados do problema de fluxo, incorporando- se, assim, o efeito do estado de não saturação na resistência do material. / [en] The aim of this work is to develop a numerical tool for the analysis of saturated-unsaturated flow in large scale natural slopes, applied to the study of the stability of these areas. The finite element method is applied to solve the Richard`s equation, taking into account the pressure head as the primary variable and using an adequate formulation to minimize the mass conservation issues. The constitutive model used to the characteristic curve and hydraulic constitutive function is the one presented by van Genuchten (1980). A quasi-Newton method (BFGS) is applied for the solution of the non-linearity. A sparse matrix storage scheme, with the objective of reducing the computational memory requirements, is associated to the bi- conjugated gradient method for the solution of the system of equations. An algorithm of finite elements mesh is presented, which generates the 3D mesh from a triangle superficial mesh representing the relief. Numerical analyses are performed in order to validate the code, by comparing the results with those generated by others widely known codes presented in the technical literature. A methodology for the generation of susceptibility maps to shallow translational landslides is delineated, which employs the infinite slope method to the finite elements mesh structure and the flow problem results, considering the effect of the unsaturated state in the material strength.

[pt] Neste trabalho o método dos elementos finitos é empregado para analisar a estabilidade de taludes em solo solapados por voçorocas. Muitos dos deslizamentos de solo que ocorrem em taludes e encostas têm sido causados pelo fenômeno de voçorocas, o resultado de um processo de erosão de solos muito complexo. Uma breve revisão sobre a formação e o crescimento de voçorocas, bem como sobre os seus efeitos na estabilidade de taludes em solo, é feita neste trabalho. Exemplos ilustrativos da aplicação desta técnica para alguns casos de taludes e encostas erodidos por voçorocas são apresentados, incluindo-se duas análises numéricas da estabilidade de encostas situadas na cidade de Goiânia - GO. Dificuldades numéricas devido à baixa taxa de convergência da solução nas proximidades do colapso do talude são também discutidas. / [en] In this work the finite element method is employed to analyze the stability of soil slopes undermined by voçorocas (gulling). Many of the shear slides occurred in both natural slopes and embankments have been caused by the phenomenon of voçorocas, the outcome of a very complex soil erosion mechanism. A brief review about the formation and growing of voçorocas, as well as an overview of their effects on soil slope stability, are made in this work. In the numerical simulation by the finite element method, the potential slip surface is identified through the progressive formation of a region of yielded soil as the erosion process advances. A simple model, consisting of incremental excavations of soil near the foot of the slope, is used in this work to represent the undermining mechanism. Illustrative examples of this technique are presented for some cases of natural soil slopes eroded by voçorocas in the city of Goiania - GO. Numerical difficulties due to the poor convergence of the solution near the soil collapse are also discussed.

[pt] Nos últimos anos na cidade de Lima as escavações profundas alcançaram uma presença maior, devido à recente demanda pela construção de edifícios altos e centros comerciais com vários níveis de subsolos, onde utilizam-se preferencialmente as cortinas atirantadas para a contenção dos solos. No entanto, a técnica de solo grampeado mostra-se como uma alternativa interessante, dado que também permite fornecer suporte lateral e limitar os movimentos do solo. A técnica consiste em reforçar o bloco do solo atrás da parede através das inclusões passivas, criando uma estrutura de gravidade consistente que permite aumentar a resistência geral ao cisalhamento e restringir os deslocamentos. Este estudo de caso procura avaliar os deslocamentos horizontais em uma escavação de 15m de altura em um entorno urbano, onde o solo é predominantemente de pedregulho denso mal graduado, parte do depósito aluvial do Conglomerado de Lima. A estimativa dos parâmetros de resistência baseou-se em ensaios de cisalhamento direto in situ em grande escala e ensaios de arrancamento encontrados na literatura. O acompanhamento dos deslocamentos ao longo do processo construtivo, foi realizado a través de inclinômetros instalados no perímetro, em locais estratégicos para avaliar os deslocamentos mais críticos na escavação. A avaliação de erros sistemáticos em inclinômetros é também abordada no estudo. Complementarmente, realizaram-se análises numéricas com programas de equilíbrio limite e elementos finitos, que permitiram avaliar os fatores de segurança e os deslocamentos com o objetivo de comparar os dados de campo com os resultados calculados. Através de análise paramétrica e calibração do modelo foi possível conhecer a influência dos parâmetros geotécnicos e geométricos de escavações profundas grampeadas. / [en] In recent years in the city of Lima, the execution of deep excavations growth, due to the recent demand for the construction of high-rise buildings and shopping malls having various levels of basements, where anchorage walls systems are preferably used to soil retention. However, the soil nailing technique is an interesting alternative, by reason to provide lateral support and limit movements. The soil nailing technique consists of reinforcing the soil block behind the wall through passive inclusions, producing a consistent gravity structure that allows the increas of the shear strength and restricting displacements. This case study aims to evaluate the horizontal displacements generated in a 15m high deep excavation in an urban environment, where the existing soil is predominantly of poorly graded dense gravel, component of the alluvial deposit of the Lima Conglomerate. The estimate of strength parameters for this type of soil was based on large-scale in situ direct shear tests and pullout tests found in the literature. The monitoring of displacements throughout the construction process was carried out using vertical inclinometers installed on the perimeter, in strategic locations to assess the most critical displacements that the excavation could experience. The evaluation of systematic errors in inclinometers is also approached in the study. In addition, numerical analyzes were carried out with limit equilibrium and finite element programs, which allowed evaluating the safety factors and displacements in order to compare the field data with the calculated results. Through parametric analysis and model calibration, it was possible to know the influence of geotechnical and geometric parameters of nailed deep excavations.

[pt] Após a década de 80 tornou-se frequente a utilização de poços direcionais, tanto poços horizontais quanto os de longo alcance, nas operações de desenvolvimentos de campos petrolíferos, os quais permitiram grande avanço na exploração. Este cenário, porém, traz grandes desafios para operações de perfuração relacionadas à limpeza de poços. A limpeza de poços consiste na remoção dos cascalhos de dentro do anular do poço através da circulação do fluido de perfuração. Devido à inclinação do poço, os cascalhos sofrem a ação da gravidade sendo empurrados para o fundo do canal, já que possuem densidade maior que a da fase líquida, assim, transportados a uma velocidade menor que a velocidade do escoamento. Ao se depositarem no fundo do canal, formam um leito estacionário, obstruindo parte do anular e diminuindo a vazão, o que gera problemas, como por exemplo, redução da taxa de penetração, desgaste prematuro da broca, elevação do torque e arraste, aprisionamento da coluna, perda de circulação, dentre outros, podendo gerar a perda do poço. Desta forma, o perfeito entendimento do processo de sedimentação e transporte de partículas sólidas suspensas em fluido é fundamental para a otimização do processo de perfuração de poços. Este trabalho analisa o escoamento laminar bidimensional de suspensões de partículas sólidas devido a um gradiente de pressão entre duas placas paralelas, representando uma descrição simplificada do escoamento que ocorre em um anular de poço durante o processo de perfuração. O perfil do leito de partículas ao longo do canal e a relação vazão-diferença de pressão para diferentes condições de escoamento são determinados pela solução numérica das equações que descrevem o problema. A formulação matemática leva a um sistema acoplado de três equações diferenciais: conservação de massa e de quantidade de movimento e a equação de transporte, que engloba os efeitos de difusão de partículas devido à frequência de interação entre as partículas, ao gradiente de viscosidade e à diferença de densidade entre o líquido e as partículas. O sistema é resolvido pela técnica de Elementos Finitos, através do método de Galerkin. Os resultados obtidos serão de extrema importância no desenvolvimento de modelos mais precisos que descrevam o processo de transporte de sólidos em anulares de poços. / [en] After the 80 s, the use of directional wells, both horizontal and long range wells, became frequent in the development of oil fields, which allowed great progress in exploration. This scenario, however, brings great challenges to operations related to wellbore cleaning. Wellbore cleaning consists in the removal of cuttings from within the annular through the circulation of drilling fluid. Due to the inclination of the well, the cuttings undergo the action of gravity and more to the bottom of the channel, as they have higher density than the liquid phase. They may be transported with a speed less than the speed of the liquid flow. When deposited on the channel, the cuttings form a stationary bed, blocking part of the annular and decreasing the flow rate that causes problems, such as reducing the rate of penetration, premature wear of the bit, high torque and drag, trapping column, loss of circulation and others, which may cause the loss of the well. Therefore, the fundamental understanding of particle sedimentation and transport in a suspending flowing liquid is necessary for drilling operation design and optimization. This research studies the laminar two-dimensional flow of solid particles suspended in a liquid due to a pressure gradient between two parallel plates, representing a simplified description of the flow that occurs in an annular during the drilling process. The profile of the particle bed along the channel and the flow rate pressure difference relationship for different flow conditions are determined. The mathematical formulation leads to a coupled system of three differential equations: mass and momentum conservation and transport equation, which includes the effects of particle diffusion due to the frequency of interaction between the particles, the gradient of viscosity and the difference density between the liquid and the particles. The system is solved by the finite element method Galerkin. The results will be of extreme importance in the development of more accurate models that describe the solids transport process in annular space.

[pt] As zonas de falha são compostas por um núcleo, onde a maior parte da deformação é acomodada, e uma zona de dano, com deformação menos intensa. A zona de dano pode atuar como caminho de fluxo preferencial devido à presença de fraturas, ou como barreira devido às bandas de deformação. Portanto, sua caracterização é essencial para a adoção de estratégias de produção adequadas em campos de petróleo. Os métodos geofísicos geralmente utilizados, porém, dificilmente permitem a identificação das zonas de dano devido à baixa resolução sísmica. Como alternativa, empregam-se observações em afloramentos superficiais. Contudo, há uma grande dispersão de dados, que pode estar relacionada a uma variedade de fatores, como as propriedades da rocha protólita e os mecanismos de deformação atuantes. Neste sentido, este trabalho apresenta duas metodologias baseadas no método dos elementos finitos (MEF) para analisar a formação e evolução das zonas de dano em escala de reservatório. Na primeira abordagem, a zona de falha é totalmente representada através de um meio contínuo, enquanto que na segunda, a falha é representada como um plano por meio de uma descontinuidade. Em ambas aproximações, a zona de dano é estabelecida através das regiões plastificadas. Os resultados numéricos obtidos se aproximaram das observações de campo e possibilitaram a identificação das vantagens e limitações das duas abordagens baseadas no MEF. Por fim, os resultados também permitiram identificar os principais parâmetros geomecânicos que influenciam o desenvolvimento das zonas de dano, bem como os diferentes mecanismos de deformação que ocorrem ao longo da zona de dano. / [en] Fault zones are composed of two structural domains: the fault core, which accommodates most of the deformation, and a damage zone, with less intense deformation. The damage zone may act as a preferential flow path due to the presence of fractures, or as a barrier due to deformation bands. Therefore, the characterization of geological fault zones is essential for the adoption of adequate production strategies in oil fields. Generally, geophysical methods are used to characterize geological faults in the field. However, they hardly allow the identification of damage zones due to low seismic resolution. Alternatively, damage zones are analyzed through surface outcrops. Nonetheless, there is a wide dispersion of data in this type of study, which may be related to various factors, such as the properties of the host rock and the acting deformation mechanisms. Therefore, it is interesting to carry out this type of study in conjunction with numerical modeling to understand better the damage zone formation process. In this study, we present two methodologies based on the finite element method (FEM) to analyze the formation and evolution of damage zones at a reservoir scale. In the first methodology, the entire fault zone is represented through a continuum medium, while in the second methodology, the fault core is represented as a plane through a discontinuity. In both approaches, the damage zone is defined through the regions where plastic deformations were triggered. The numerical results obtained were close to field observations. They enabled the identification of the advantages and limitations of the two approaches based on the MEF. Finally, the results also allowed to identify the main parameters that influence the development of the damage zones and the different deformation mechanisms that occur along the damage zone.