Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-19T21:27:07Z No. of bitstreams: 1 2018_MaxGabrielTimoBarbosa.pdf: 23374357 bytes, checksum: ea3dc91f43160e959bb859988b9df7fa (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-20T19:42:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_MaxGabrielTimoBarbosa.pdf: 23374357 bytes, checksum: ea3dc91f43160e959bb859988b9df7fa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-20T19:42:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_MaxGabrielTimoBarbosa.pdf: 23374357 bytes, checksum: ea3dc91f43160e959bb859988b9df7fa (MD5) Previous issue date: 2018-07-19 / Com o crescimento urbano a escolha da localização de obras geotécnicas tem como principal fator a demanda populacional e não as propriedades dos maciços locais. Desse modo, soluções para a melhoria das condições geotécnicas desses maciços são necessárias para adequá-los a padrões admissíveis de desempenho de obras geotécnicas. No Distrito Federal as condições geotécnicas são desfavoráveis devido ao comportamento metaestável do solo local, podendo apresentar abrupta variação volumétrica devido a esforços externos. Assim, há a necessidade de alternativas econômicas que viabilizem a execução de obras geotécnicas, como as soluções de melhoria de solos. Todavia, essas soluções ainda precisam ser mais estudadas quanto à interação com o solo metaestável de Brasília e quanto os efeitos provenientes dessa melhoria. Dentre as técnicas disponíveis para esse fim e que requerem maiores estudos tem-se as injeções. Dessa forma, esta dissertação pretende aumentar o entendimento sobre injeções em solos, especialmente cimentícias, no perfil típico local e contemplar uma de suas maiores aplicações – obras de túneis. Para isso fez-se um estudo experimental em escala real no maciço característico de Brasília, com verificação por ensaios de campo e laboratório. Após a obtenção dos dados dessa execução, tentou-se prever, por meio de simulações numéricas, o efeito que essas injeções teriam no comportamento de uma obra geotécnica. Selecionou-se o estudo de caso mais completo de geotecnia em Brasília, o túnel do Metrô. A execução experimental indicou melhora mínima de 44% no solo brasiliense quanto à compressibilidade. Já as simulações numéricas indicaram que usando o mesmo avanço utilizado no metrô de Brasília, mas com injeções cimentícias, os deslocamentos seriam mais de cinco vezes menores que à época da construção. Além disso, conseguiria se ter um avanço 67% maior no túnel com injeções cimentícias, respeitando valores máximos de perda de solo. Dessa forma, com os resultados advindos da execução experimental e das simulações numéricas, deu-se um passo frente ao melhor entendimento dos efeitos das injeções cimentícias no solo brasiliense. / With the urban and population growth, the main factor for the location of geotechnical works is the population demand and not the conditions of the local geology. In this way, ground improvement solutions are necessary, needing constant innovation. In the state of Distrito Federal, where this dissertation is based, the geotechnical conditions are unfavorable due to the metastable behavior of the local soil, which may present abrupt volumetric variation due to external solicitations. Thus, because of the need for economic solutions to make the execution of geotechnical works feasible, it is necessary to deepen the study on ground improvement solutions and their interaction with Brasilia’s metastable soil. Among these ground improvement solutions which require further studies are grout injections. Thereby, this dissertation intends to increase the understanding of grout injections, especially cementitious, in Brasilia’s metastable soil and to contemplate one of the largest applications - tunnel works. For this, an experimental execution was carried out in the characteristic soil of Brasília, with the verification made by field and laboratory tests. After obtaining the data from the experimental execution, it was attempted to predict, through numerical simulations, the effect these injections would have on the progress of a tunnel work. As the most complete tunnel case study in Brasília was the Metrô tunnel, it was selected as basis for the numerical simulations of this dissertation. The experimental works indicated a minimum improvement of 44% in the Brasilia’s metastable soil in terms of compressibility. The numerical simulations indicated that using the same advance rate used in the subway of Brasília, but with grout injections, the displacements would be more than five times smaller than at the time of construction. In addition, it would be possible to have a 67% higher excavation advance in the tunnel with grout injections, respecting maximum values of volume loss. Thus, with the results obtained from the experimental execution and numerical simulations, a step was taken to better understand the effects of grout injections in the Brasília’s metastable soil.

Estudamos um sistema de dois níveis acoplados como um modelo que imita o comportamento de líquidos super-resfriados. Em equilíbrio o modelo apresenta uma fase líquida e uma fase cristalina com diversos estados fundamentais. O modelo é definido numa rede quadrada e a cada sítio é associada uma variável estocástica de Ising. A característica que torna este modelo particularmente interessante é que ele apresenta estados metaestáveis duráveis que podem desaparecer dentro do tempo acessível para as simulações numéricas. Para imitar o processo de formação dos vidros, realizamos simulações de Monte Carlo a taxas de resfriamento constante. Apresentamos também simulações para resfriamentos súbitos a temperatura abaixo da temperatura de fusão. / We study a coupled two level systems as a model that imitate the behavior of supercooled liquids that become structural glasses under cooling. In the equilibrium the model shows a liquid phase and a crystalline phase with many grouond states. The model is defined on a square lattice and to each site a stochastic Ising variable is associated. The feature that makes this model particularly interesting is that it display durable metastables states which can vanish within the time available for numerical simulations. In order to imitate the glass former process, we perform Monte Carlo simulations at constant cooling rate. We present also simulations for quenchs to temperatures below the melting temperature.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-27T18:11:39Z No. of bitstreams: 1 ritadecassiapolitovitaalessio.pdf: 1515814 bytes, checksum: ec2256bcf074df2e72a53fe6c0a62c6f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:06:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ritadecassiapolitovitaalessio.pdf: 1515814 bytes, checksum: ec2256bcf074df2e72a53fe6c0a62c6f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ritadecassiapolitovitaalessio.pdf: 1515814 bytes, checksum: ec2256bcf074df2e72a53fe6c0a62c6f (MD5) Previous issue date: 2009-06-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O estudo de ressonâncias, através de estados metaestáveis pelo impacto de elétrons, permite observar estruturas bem definidas nos espectros, gerando informações diretas sobre as energias de formação das ressonâncias, bem como suas formas e larguras. A investigação destas ressonâncias é muito importante em vários ramos da ciência, possuindo inúmeras aplicações biológicas e tecnológicas. Um espectrômetro por impacto de elétrons foi construído e implantado no Laboratório de Física Atômica e Molecular, permitindo a obtenção das funções de excitação do Argônio, do Hélio e da molécula de Nitrogênio, sendo esta técnica inédita no Brasil. Neste espectrômetro aplica-se a técnica dos feixes cruzados, que consiste basicamente de um canhão de elétrons monocromatizado, um feixe de gás efusivo, uma gaiola de Faraday para a blindagem da região de colisão, um detector de íons metaestáveis, devidamente posicionado, e um coletor de Faraday. O canhão de elétrons monocromatizado apresenta uma alta eficiência, cobrindo continuamente uma faixa de energia de 7 a 200 eV, com uma resolução em torno de 50 meV. Para a aquisição dos espectros, a energia do canhão foi varrida a partir do limiar de excitação metaestável até uma energia menor que o primeiro potencial de ionização do alvo estudado. / The study of resonances through metastable states of atoms and molecules by electron impact shows spectra with well-defined structures, providing direct information on the energies of resonances formation, as well as its shapes and widths. The investigation of these resonances is important in several branches of science, such as many technological and biological applications. In this work we have assembled at Laboratory of Atomic and Molecular Physics an electron impact spectrometer which allowed us to collect metastables excitations functions of Argon, Helium and the Nitrogen molecules. As far we know, that was the first time that this technique was performed in Brazil. That spectrometer applies the cross beam technique, and consists of a monochromatized electron gun, an effusive gas beam, a cage to shield the collision region, a metastable detector properly positioned and a Faraday cup. The monocromatized electron gun built has a high efficiency, covering continuously the energy range from 7 to 200 eV, with a resolution of about 50 meV. The three spectras recorded in this work cover the energy range from the excitation metastable threshold up to energy lower than the first ionization potential of the targets studied.

Estudamos um sistema de dois níveis acoplados como um modelo que imita o comportamento de líquidos super-resfriados. Em equilíbrio o modelo apresenta uma fase líquida e uma fase cristalina com diversos estados fundamentais. O modelo é definido numa rede quadrada e a cada sítio é associada uma variável estocástica de Ising. A característica que torna este modelo particularmente interessante é que ele apresenta estados metaestáveis duráveis que podem desaparecer dentro do tempo acessível para as simulações numéricas. Para imitar o processo de formação dos vidros, realizamos simulações de Monte Carlo a taxas de resfriamento constante. Apresentamos também simulações para resfriamentos súbitos a temperatura abaixo da temperatura de fusão. / We study a coupled two level systems as a model that imitate the behavior of supercooled liquids that become structural glasses under cooling. In the equilibrium the model shows a liquid phase and a crystalline phase with many grouond states. The model is defined on a square lattice and to each site a stochastic Ising variable is associated. The feature that makes this model particularly interesting is that it display durable metastables states which can vanish within the time available for numerical simulations. In order to imitate the glass former process, we perform Monte Carlo simulations at constant cooling rate. We present also simulations for quenchs to temperatures below the melting temperature.

Utilizamos o modelo de Bose-Hubbard para estudar as estabilidades dinâmica e termodinâmica dos condensados numa rede óptica periódica circular. O nosso principal objetivo foi investigar a existência de condensados metaestáveis no sistema. Deduzimos e resolvemos a equação de Gross-Pitaevskii e, a partir da análise das soluções, foi possível mostrar que o sistema se condensa em estados com momento modular bem definido. Esses estados formam uma base que diagonaliza o termo que descreve o tunelamento atômico no hamiltoniano de Bose-Hubbard. No contexto da teoria de Bogoliubov deduzimos para cada condensado, o hamiltoniano efetivo cuja diagonalização determina o espectro das excitações coletivas do sistema. Identificamos corretamente o modo de energia zero, conseqüência da violação da conservação do número de átomos, e verificamos que este possui momento modular igual ao do condensado. No estudo da estabilidade vimos que todos os condensados com momento modular nos 2º e 3º quadrantes são termodinamicamente instáveis e as respectivas condições de estabilidade dinâmica dependem dos parâmetros de controle do sistema. Por outro lado os condensados com momento modular nos 1º e 4º quadrantes são todos dinamicamente estáveis enquanto que, nesse caso, é a estabilidade termodinâmica que depende dos parâmetros de controle do sistema. Nessa análise verificamos que o condensado com momento modular zero, que corresponde ao mínimo global da energia, é sempre estável. Determinamos exatamente o intervalo nos parâmetros de controle a partir do qual podemos encontrar condensados metaestáveis no sistema. Examinamos como a competição entre as intensidades dos termos de tunelamento e repulsão local afeta a estabilidade dos condensados. Essa competição define dois regimes distintos: Rabi, onde a coerência entre estados localizados nos sítios é mantida, e Fock, onde não há mais essa coerência e a aplicabilidade da aproximação de Bogoliubov é questionável. / We use the Bose-Hubbard model to study the dynamical and thermodynamical stabilities of condensates in a circular periodic optical lattice. Our main goal was to investigate the existence of metastable condensates in the system. We derive and solve the Gross-Pitaevskii equation, and from the analysis of the solutions it was possible to show that the system condenses in states with well-defined modular momentum. These states constitute a basis that diagonalizes the term of the Bose-Hubbard Hamiltonian which describes the dynamics of atomic tunneling. In the framework of Bogoliubov theory we determine, for each condensate, the effective Hamiltonian whose diagonalization give us the collective excitation spectrum of the system. We show that the mode associated to a zero eigenvalue, which is a consequence of the violation of atoms number conservation, has the same modular momentum of the condensate. The condensates with modular momentum in the 2nd and 3rd quadrants are all thermodynamically unstable whereas the dynamical stability depends on the control parameters. On the other hand, the condensates with modular momentum in the 1st and 4th quadrants are all dynamically stable whereas the thermodynamical stability depends on the control parameters. Our analysis shows that the condensate with modular momentum zero, which corresponds to a global minimum of energy, is always stable independently of the control parameters. We determine, exactly, the range on the control parameters where it is possible to detect metastability in the system. We have studied how the competition between the intensities of the tunneling and local interaction terms affects the stability of the condensates. This competition defines two distinct regimes: Rabi, where the coherence between states localized in the sites is achieved, and Fock, where this coherence is not achieved and the validity of Bogoliubov approximation is questionable.

Utilizamos o modelo de Bose-Hubbard para estudar as estabilidades dinâmica e termodinâmica dos condensados numa rede óptica periódica circular. O nosso principal objetivo foi investigar a existência de condensados metaestáveis no sistema. Deduzimos e resolvemos a equação de Gross-Pitaevskii e, a partir da análise das soluções, foi possível mostrar que o sistema se condensa em estados com momento modular bem definido. Esses estados formam uma base que diagonaliza o termo que descreve o tunelamento atômico no hamiltoniano de Bose-Hubbard. No contexto da teoria de Bogoliubov deduzimos para cada condensado, o hamiltoniano efetivo cuja diagonalização determina o espectro das excitações coletivas do sistema. Identificamos corretamente o modo de energia zero, conseqüência da violação da conservação do número de átomos, e verificamos que este possui momento modular igual ao do condensado. No estudo da estabilidade vimos que todos os condensados com momento modular nos 2º e 3º quadrantes são termodinamicamente instáveis e as respectivas condições de estabilidade dinâmica dependem dos parâmetros de controle do sistema. Por outro lado os condensados com momento modular nos 1º e 4º quadrantes são todos dinamicamente estáveis enquanto que, nesse caso, é a estabilidade termodinâmica que depende dos parâmetros de controle do sistema. Nessa análise verificamos que o condensado com momento modular zero, que corresponde ao mínimo global da energia, é sempre estável. Determinamos exatamente o intervalo nos parâmetros de controle a partir do qual podemos encontrar condensados metaestáveis no sistema. Examinamos como a competição entre as intensidades dos termos de tunelamento e repulsão local afeta a estabilidade dos condensados. Essa competição define dois regimes distintos: Rabi, onde a coerência entre estados localizados nos sítios é mantida, e Fock, onde não há mais essa coerência e a aplicabilidade da aproximação de Bogoliubov é questionável. / We use the Bose-Hubbard model to study the dynamical and thermodynamical stabilities of condensates in a circular periodic optical lattice. Our main goal was to investigate the existence of metastable condensates in the system. We derive and solve the Gross-Pitaevskii equation, and from the analysis of the solutions it was possible to show that the system condenses in states with well-defined modular momentum. These states constitute a basis that diagonalizes the term of the Bose-Hubbard Hamiltonian which describes the dynamics of atomic tunneling. In the framework of Bogoliubov theory we determine, for each condensate, the effective Hamiltonian whose diagonalization give us the collective excitation spectrum of the system. We show that the mode associated to a zero eigenvalue, which is a consequence of the violation of atoms number conservation, has the same modular momentum of the condensate. The condensates with modular momentum in the 2nd and 3rd quadrants are all thermodynamically unstable whereas the dynamical stability depends on the control parameters. On the other hand, the condensates with modular momentum in the 1st and 4th quadrants are all dynamically stable whereas the thermodynamical stability depends on the control parameters. Our analysis shows that the condensate with modular momentum zero, which corresponds to a global minimum of energy, is always stable independently of the control parameters. We determine, exactly, the range on the control parameters where it is possible to detect metastability in the system. We have studied how the competition between the intensities of the tunneling and local interaction terms affects the stability of the condensates. This competition defines two distinct regimes: Rabi, where the coherence between states localized in the sites is achieved, and Fock, where this coherence is not achieved and the validity of Bogoliubov approximation is questionable.

Orientador: Mario Antonio Bica de Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T18:58:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rouxinol_FranciscoPauloMarques_D.pdf: 6433084 bytes, checksum: 84d703ca8da3620b077c3b1335c59965 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Técnicas de condensação de vapor são úteis na preparação de ligas magnéticas cujos componentes têm pouca, o mesmo nenhuma, solubilidade em condições de equilíbrio Neste trabalho, uma dessas técnicas ¿ sputtering ¿ foi empregada para fabricar ligas metaestáveis de GdXCr1-X, cujas propriedades magnéticas foram investigadas em função da concentração de Gd, x. Difratometria de raios-X de baixo ângulo (GAXRD) e espectroscopia de retroespalhamento Rutherford foram utilizados para determinar a estrutura do filme e sua composição elementar, respectivamente. As análises de GAXRD mostraram que a estrutura da fase de Gd, é hcp quando x ³ 0,88; e amorfa quando 0,16 £ 0,76. Uma estrutura bcc , para a fase de Cr, foi observada nos difratogramas quando x < 0,16, e amorfa quando x ³ 0,16 Para investigar as propriedades magnéticas utilizamos um magnetometro SQUID e m PPMS. O primeiro foi utilizado para as medidas de momento magnético em função do campo estático e temperatura. O PPMS foi tilizado nas investigações de susceptibilidade-AC em função da freqüência de oscilação do campo, temperatura e campo estático. A complexa natureza magnética dos filmes de Gd-Cr foi observada através das isotermas MxH, que não apresentaram saturação em baixas temperaturas, nem comportamento linear em altas temperaturas. Pela análise dos dados magnéticos, observamos que as amostras admitem um comportamento ferromagnético para x ³ 0,5 e paramagnético para as outras concentrações de Gd. A temperatura de Curie (TC) apresenta um aumento monotônico de 170 para 290 K quando x aumenta de 0,5 para 1,0. A temperatura de Curie-Weiss (q C) mostra um aumento monotônico com x. A partir das isotermas MxH a 2 K, o momento de saturação foi calculado, sendo independente de x e aproximadamente constante com um valor médio de 7,3 µB. Medidas de susceptibilidade em campos estáticos e dinâmicos revelaram a existência de comportamentos de vidros magnéticos em todas as amostras abaixo da temperat ra de freezing (Tf). Observamos, nas ligas com altas concentrações de Gd, a presença de comportamentos ferromagnéticos e cluster-glass em baixas temperaturas. Concluímos que a interação de troca entre os átomos de Gd dentro dos clusters de Gd não é do tipo RKKY, e sim do tipo supertroca. O efeito magnetocalórico (MCE) foi investigado através da variação de entropia magnética ( D SM) em função da temperatura, para a remoção de um campo de 50 kOe Curva de D SMxT para as amostras com x < 0,2 apresentaram um formato típico de superferromagneto, consistente com a existência de clusters Gd nos filmes. Nas outras amostras em que o EMC foi analisado, a presença de clusters é observada pelo comportamento dessas curvas a baixa temperatura; a altas temperaturas o comportamento de D SM com T indica fortemente a presença de mais fases magnéticas no filme. O diagrama de fase baseado em TC e Tf, e sua dependência com x é apresentado / Abstract: Vapor condensation techniques are very useful for preparation of alloys whose components have no mutual solubility under equilibrium conditions In this work, one of these techniques ¿ sputtering ¿ has been used to fabricate metastable GdXCr1-X alloys whose magnetic properties were investigated as a function of the Gd concentration, x. Grazing incidence angle X-ray diffraction (GAXRD) and Rutherford backscattering spectroscopy were employed to characterize the film structure and elemental composition, respectively. The GAXRD measurements revealed, for the Gd fraction, a hcp structure for x ³ 0,88; for 0,16 £ x £ 0,76 the Gd fraction was amorphous. The existence of a bcc structure for x < 0,16 was observed in the diffractograms for the Cr phase, which was amorphous for x ³ 0,16. To investigate the magnetic properties, a SQUID magnetometer and a PPMS were used. The former was employed for magnetic moment measurements as a function of applied static field and temperature. The PPMS was used for ac-susceptibility determinations as a function of the frequency of the ac driving field, temperature, and applied static field. The complex magnetic nature of the Gd-Cr films was revealed from the MxH isotherms which did not show saturation even at the lowest temperatures, and did not exhibit a linear behavior at higher temperatures. Processing of the magnetic data has shown that the films exhibit a ferromagnetic behavior for x ³ 0,5 and paramagnetic one for all other Gd concentrations. The Curie temperature (TC) increased monotonically from 170 to 290 K as x increased from 0,5 to 1,0. A monotonical increase in the Curie-Weiss temperature ( q C ) with x was also observed for all films. From the extrapolated MxH isotherm at 2 K (saturation magnetization), the saturation moments were calculated and found to be nearly constant at about 7.3 µB. Both static and dynamic susceptibility measurements revealed the existence of a magnetic glassy behavior in all alloys, occurring below a freezing temperature Tf . For the higher concentration alloys, the ferromagnetic and the cluster glass state were observed at low temperatures. It was thus concluded that the exchange interactions within Gd atoms in the clusters were not of the RKKY but of the superexchange type. The magnetocaloric effect (MCE) was investigated from the magnetic entropy change ( DSM) as a function of temperature, for the removal of a 50 kOe field. Samples with x < 0,2 exhibited DSMxT curves whose shapes are typical of a superferromagnet, consistently with the existence of Gd clusters in the films. For all the other alloys whose MCE was investigated, the presence of clusters is manifested from the behavior of these curves at low temperatures; at higher temperatures, the evolution of DSM with T strongly indicated the presence of more than one magnetic phase in the alloys A magnetic phase diagram based on the Tf and Tc transition temperatures and their dependence on x is presented in this thesis / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências