abstract: Unsaturated soil mechanics is becoming a part of geotechnical engineering practice, particularly in applications to moisture sensitive soils such as expansive and collapsible soils and in geoenvironmental applications. The soil water characteristic curve, which describes the amount of water in a soil versus soil suction, is perhaps the most important soil property function for application of unsaturated soil mechanics. The soil water characteristic curve has been used extensively for estimating unsaturated soil properties, and a number of fitting equations for development of soil water characteristic curves from laboratory data have been proposed by researchers. Although not always mentioned, the underlying assumption of soil water characteristic curve fitting equations is that the soil is sufficiently stiff so that there is no change in total volume of the soil while measuring the soil water characteristic curve in the laboratory, and researchers rarely take volume change of soils into account when generating or using the soil water characteristic curve. Further, there has been little attention to the applied net normal stress during laboratory soil water characteristic curve measurement, and often zero to only token net normal stress is applied. The applied net normal stress also affects the volume change of the specimen during soil suction change. When a soil changes volume in response to suction change, failure to consider the volume change of the soil leads to errors in the estimated air-entry value and the slope of the soil water characteristic curve between the air-entry value and the residual moisture state. Inaccuracies in the soil water characteristic curve may lead to inaccuracies in estimated soil property functions such as unsaturated hydraulic conductivity. A number of researchers have recently recognized the importance of considering soil volume change in soil water characteristic curves. The study of correct methods of soil water characteristic curve measurement and determination considering soil volume change, and impacts on the unsaturated hydraulic conductivity function was of the primary focus of this study. Emphasis was placed upon study of the effect of volume change consideration on soil water characteristic curves, for expansive clays and other high volume change soils. The research involved extensive literature review and laboratory soil water characteristic curve testing on expansive soils. The effect of the initial state of the specimen (i.e. slurry versus compacted) on soil water characteristic curves, with regard to volume change effects, and effect of net normal stress on volume change for determination of these curves, was studied for expansive clays. Hysteresis effects were included in laboratory measurements of soil water characteristic curves as both wetting and drying paths were used. Impacts of soil water characteristic curve volume change considerations on fluid flow computations and associated suction-change induced soil deformations were studied through numerical simulations. The study includes both coupled and uncoupled flow and stress-deformation analyses, demonstrating that the impact of volume change consideration on the soil water characteristic curve and the estimated unsaturated hydraulic conductivity function can be quite substantial for high volume change soils. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Civil and Environmental Engineering 2013

Com o avanço tecnológico dos computadores e o desenvolvimento de soluções para problemas não lineares através do método dos elementos finitos, hoje é possível fazer uma análise mais complexa e mais próxima da realidade. É de extrema importância à verificação dos resultados obtidos pelos programas com a realidade e saber em quais casos esses modelos podem ser aplicados. Assim, o objetivo deste trabalho é discutir as vantagens e desvantagens da modelagem de estruturas de concreto armado em duas e três dimensões, através dos modelos de fissuras distribuídas. Foram escolhidos três experimentos para a modelagem numérica: o primeiro trata-se de um experimento com uma viga de concreto armado (LEONHARDT; WALTHER, 1962), o segundo experimento também é realizado com uma viga de concreto armado (BRESLER; SCORDELIS, 1963) e o terceiro experimento utiliza vigas de concreto armado em escala reduzida, fabricadas com microconcreto e arame, simulando uma barra de aço lisa (ALMEIDA et al, 2006). Para a modelagem numérica, utilizando-se o modelo de fissuras distribuídas com fissura rotacional e a análise das estruturas de concreto foi escolhido o programa comercial ATENA - \"Advanced Tool Engineering Non-linear Analysis\". / The technological advancement of computers and the development of solutions for nonlinear problems by finite element method are now possible to make more complex the analysis and closer to reality. It is extremely important to verify the results obtained by programs with reality and know which cases these models can be applied. So the objective is to discuss the advantages and disadvantages of modeling reinforced concrete structures in two and three dimensions, through the smeared cracking models. Three experiments were chosen to make the numerical modeling: the first is an experiment with a reinforced concrete beam (LEONHARDT; WALTHER, 1962), the second experiment is also a reinforced concrete beam (BRESLER; SCORDELIS, 1963) and the third experiment is reinforced concrete beams with small-scale and made of wire microconcrete simulating flat steel bar (ALMEIDA et al, 2006). For numerical modeling, using the smeared crack model with rotational crack, and analysis of concrete structures was chosen the commercial program ATENA - Advanced Tool Engineering Non-linear Analysis.

A formulação e o uso de modelos matemáticos complexos têm recebido grande atenção no estudo da ecologia nos últimos anos. Questões relacionadas à exploração de espaços de parâmetros destes modelos - executada de forma eficiente, sistemática e à prova de erros - são de grande importância para melhor compreender, avaliar a confiabilidade e interpretar o resultado destes modelos. Neste trabalho, apresentamos uma investigação de métodos existentes para responder as questões relevantes da área, com ênfase na técnica conhecida como Hipercubo Latino e com foco na análise quantitativa dos resultados, e realizamos a comparação entre resultados analíticos de incerteza e sensibilidade e resultados obtidos do Hipercubo. Ainda, examinamos a proposta de uma metodologia paralela baseada no paradigma estatístico da verossimilhança. O capítulo 1 introduz uma investigação a respeito dos conceitos históricos sobre a natureza da probabilidade, situando o conceito da verossimilhança como componente central da inferência estatística. O capítulo 2 (em inglês) traz uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte em análises de incerteza e sensibilidade, apresentando dois exemplos de aplicação das técnicas descritas a problemas de crescimento populacional estruturado. O capítulo 3 examina a proposta de uma metodologia baseada na verossimilhança dos dados como uma abordagem integrativa entre a estimação de parâmetros e a análise de incerteza, apresentando resultados preliminares. Durante o progresso do presente trabalho, um pacote de funções na linguagem R foi desenvolvido para facilitar o emprego na prática das ferramentas teóricas expostas acima. Os apêndices deste texto trazem um tutorial e exemplos de uso deste pacote, pensado para ser ao mesmo tempo conveniente e de fácil extensão, e disponível livremente na internet, no endereço http://cran.r-project.org/web/packages/pse. / There is a growing trend in the use of mathematical modeling tools in the study of many areas of the biological sciences. The use of computer models in science is increasing, specially in fields where laboratory experiments are too complex or too costly, like ecology. Questions of efficient, systematic and error-proof exploration of parameter spaces are are of great importance to better understand, estimate confidences and make use of the output from these models. We present a survey of the proposed methods to answer these questions, with emphasis on the Latin Hypercube Sampling and focusing on quantitative analysis of the results. We also compare analytical results for sensitivity and uncertainty, where relevant, to LHS results. Finally, we examine the proposal of a methodology based on the likelihood statistical paradigm. Chapter 1 introduces a brief investigation about the historical views about the nature of probability, in order to situate the concept of likelihood as a central component in statistical inference. Chapter 2 (in English) shows a revision about the state-of-art uncertainty and sensitivity analyses, with a practical example of applying the described techniques to two models of structured population growth. Chapter 3 examines the proposal of a likelihood based approach as an integrative procedure between parameter value estimation and uncertainty analyses, with preliminary results. During the progress of this work, a package of R functions was developed to facilitate the real world use of the above theoretical tools. The appendices of this text bring a tutorial and examples of using this package, freely available on the Internet at http://cran.r-project.org/web/packages/pse.

O município de São José do Rio Preto (SJRP), localizado na porção noroeste do estado de São Paulo, é extremamente dependente da água subterrânea, tanto para abastecimento público quanto privado, justificando-se o grande número de poços existentes, que excede a mais de dois mil, sobretudo no Sistema Aquífero Bauru (SAB). Embora este recurso seja fundamental para o abastecimento da cidade, 79% dos poços não possuem outorga. O aumento do número de poços, sem o devido controle, explotando o aquífero, pode justificar e intensificar os problemas de forte abatimento da superfície potenciométrica na região central da área urbana do município. Nesse sentido, esta pesquisa objetivou desenvolver um aplicativo computacional, na forma de modelagem numérica de simulação de fluxos subterrâneos, para subsidiar a explotação sustentável do SAB. Para o sucesso do modelo numérico, foi realizada toda a caracterização hidrogeológica e definido o modelo conceitual de fluxo das águas subterrâneas. O modelo numérico foi calibrado em regime estacionário para duas situações: pré-explotação e bombeamento atual; e, posteriormente, foram gerados três diferentes cenários futuros de bombeamento: a) explotação duas vezes maior do que a atual (Q = 133.206 m³/dia); b) explotação três vezes maior do que a atual (Q = 199.809 m³/dia); c) explotação apenas dos poços públicos (Q = 39.662 m³/dia). Houve médias de rebaixamento na área urbana de 15 m, 42 m e 8 m, respectivamente. Rebaixamentos mais proeminentes do nível freático ocorrem na área central do município, onde se concentra 80% dos poços. Dessa forma, recomendam-se algumas ações direcionadas ao poço, à proteção do aquífero e ao usuário. / The city of São José do Rio Preto (SJRP), located in the northwestern portion of the state of São Paulo, is highly dependent of groundwater for both public and private supply, that justifies the large number of existing wells, which exceeds more than 2000, especially in the Bauru Aquifer System (BAS). Although this resource is essential for the city supply, 79% of the wells do not have grants. The increase of wells, without the correct control, exploring the aquifer can justify and intensify the problems of strong relief in the central region of the urban area by city. Then, this research aimed to develop a computational application how numerical simulation modeling of groundwater flow, to support the rational exploitation of the BAS. For the success of the numerical model, the entire hydrogeological characterization was performed and defined the conceptual model of groundwater flow. The numerical model was calibrated in steady state for two situations: pre-exploitation and current pumping, and then were generated three different future scenarios of pumping: a) exploitation twice larger than the current (Q = 133,206 m³/day); b) exploitation three times larger than the current (Q = 199 809 m³/day); and c) exploitation of only public wells (Q = 39,662 m³/day). There were averages of debasement in the urban area of 15 m, 42 m and 8 m, respectively. Most prominent debasements of groundwater level occurred in the central area of the city, which the concentrates is 80 % of the wells. Therefore, some actions are recommended directed to the well, to protect the aquifer and the user.

O principal objetivo deste trabalho é prever a evolução de margens divergentes desde o início da extensão litosférica, levando-se em consideração a interação entre processos superficiais e tectônicos. Para isto, foi desenvolvido um modelo numérico que acopla isostasia flexural, efeitos térmicos, estiramento litosférico e processos superficiais. A isostasia flexural é simulada através de uma placa elástica fina sobre um fluido invíscido, representando o comportamento flexural da litosfera flutuando sobre a astenosfera. Durante a simulação, a estrutura térmica da litosfera evolui como um resultado da advecção e difusão do calor no interior da Terra. Considera-se que o estiramento da litosfera é acomodado por falhas planas na crosta superior e deformação dúctil na crosta inferior e manto. O modelo de processos superficiais descreve como a paisagem é erodida e como os sedimentos são transportados e depositados nas bacias sedimentares. Através desse modelo numérico, é mostrado que o estiramento litosférico tem uma profunda influência na evolução da migração de escarpas em margens divergentes. Os resultados sugerem que escarpas limitadas por falhas criadas em flancos de rifts por descarregamento mecânico e resposta flexural têm pouca chance de \"sobreviver\" através de recuo erosivo se a crosta inferior sob o flanco do rift foi substancialmente estirada. Nessa configuração, o divisor de drenagem que persiste através do tempo é criado em direção ao continente em uma posição que depende da rigidez flexural da crosta superior. Esse cenário ocorre quando a topografia pré-rift mergulha para o continente, caso contrário a evolução da escarpa é guiada pelo divisor de águas interior pré-existente. Esses conceitos são aplicados no estudo das margens do sudeste da Australia e do sudeste do Brasil, onde o cenário de retração de escarpas através de recuo erosivo mostrou-se improvável. O mesmo modelo numérico foi utilizado para estudar como a passagem de uma anomalia térmica sob a litosfera pode afetar a evolução pós-rift de bacias sedimentares em margens divergentes. Os resultados numéricos mostram que a velocidade da litosfera em relação à anomalia térmica e a rigidez flexural da litosfera oceânica e continental afetam a evolução de bacias sedimentares devido ao soerguimento da superfície relacionado com a expansão térmica da litosfera. Como exemplo, é estudada a possível influência de uma anomalia térmica (Pluma de Trindade?) na evolução das bacias de Campos e Espírito Santo, na margem sudeste brasileira. / The purpose of this work is to predict the evolution of divergent margins since the onset of lithospheric extension, taking into account the interaction between surface and tectonic processes. For this, a numerical model was developed to study the coupling of flexural isostasy, thermal effects, stretching of the lithosphere and surface processes. The flexural isostasy is simulated through a thin elastic plate overlying an inviscid fluid, representing the flexural behavior of the lithosphere floating on the asthenosphere. During the simulation, the thermal structure of the lithosphere evolves as a result of advection and diffusion of heat in the Earths interior. The stretching of the lithosphere is assumed to be accommodated by planar faults in the upper crust and ductile flow in the lower crust and mantle. The surface processes model describes how the landscape is eroded and how the sediments are transported and deposited in the sedimentary basins. The results from this numerical model show that the amount of lithospheric stretching has a profound influence on the evolution of escarpment migration in divergent margins. These results suggest that fault-bounded escarpments created at rift flanks by mechanical unloading and flexural rebound have little potential to survive as retreating escarpments if the lower crust under the rift flank is substantially stretched. In this configuration, a drainage divide that persists through time is created landward in a position that depends on the flexural rigidity of the upper crust. This scenario occurs when the pre-rift topography dips landward, otherwise the evolution of the escarpment is guided by the pre-existing inland drainage divide. These concepts are applied to study the margins of Southeastern Australia and Southeastern Brazil, where the retreating escarpment scenario showed to be unlikely. The same numerical model is used to study how the passage of a thermal anomaly under the lithosphere can affect the post-rift evolution of sedimentary basins in divergent margins. The numerical results show that the velocity of the lithosphere relative to the thermal anomaly and the flexural rigidity of the continental and oceanic lithospheres affect the evolution of sedimentary basins due to surface uplift related to thermal expansion of the lithosphere. As an example, the model is applied to assess the possible influence of a thermal anomaly (Trindade Plume?) on the evolution of the Campos and Esp rito Santo Basins, in Southeastern Brazilian margin.

[pt] Uma grande parcela da população depende de águas subterrâneas para o consumo. Assim, vazamentos dos tanques de gasolina representam um risco significativo de saúde pública, além dos riscos de incêndio e explosão que o vazamento de vapores destes tanques pode causar nas linhas de esgotos dos edifícios. Estes tanques estão em geral localizados na zona não saturada dos solos, acima do nível freático. Torna-se assim importante avaliar a mobilidade destes compostos nestas condições e em particular de prever a sua chegada no lençol freático. Esta avaliação pode ser feita através de procedimentos numéricos de análise. O principal objetivo deste trabalho é a implementação numérica de um programa que simule o fluxo transiente de NAPLs (non aqueous phase liquids) em meios porosos não saturados. A solução numérica é obtida pela utilização do método dos volumes finitos. Para representar as características hidráulicas dos solos, a função Brooks e Corey e os modelos de Brooks e Corey-Burdine são utilizados. O trabalho apresenta detalhes do programa desenvolvido e o seu uso para simular ensaios de fluxo de gasolina e gasolina misturada com etanol realizados na PUC em estudos anteriores. / [en] A large proportion of the population depends on groundwater for consumption. Thus, leakage of gasoline tanks represents a significant risk to public health besides the risk of fire and explosion in the sewer lines, due to the flammable gases. These tanks are generally located in the unsaturad soil above the groundwater level. It is therefore important to evaluate the mobility of these compounds under these conditions and in particular to predict its arrival in the water table. This assessment can be done by numerical procedures for analysis. The main objective of this work is the numerical implementation of a program that simulates the transient flow of NAPLs (non aqueous phase liquids) in unsaturated porous media. The numerical solution is obtained by using the method of finite volumes. To represent the hydraulic characteristics of soils, the function of Brooks and Corey, as well as the Brooks and Corey-Burdine’s model are used. The essay presents details of the program developed and its use to simulate the flow testing of gasoline and gasoline blended with ethanol made in the PUC in previus studies.

L’objectif de ce travail est de développer un modèle multi-physique et multi-échelle de Régénérateur Magnétique Actif en vue d’optimiser le fonctionnement d’un système de réfrigération magnétique. Le modèle numérique développé lors de cette thèse est un modèle multi-physique et multi-échelle qui prend en compte trois phénomènes distincts (le magnétisme, la fluidique et le transfert de chaleur), chacun à une échelle différente (micro-échelle, mini-échelle et macro-échelle). Une étude expérimentale a été menée afin de déterminer les propriétés thermophysiques des matériaux magnétocaloriques et d’intégrer les résultats de ces mesures dans le modèle numérique. Le modèle a été validé par une comparaison avec des données expérimentales et les résultats obtenus ont montré une bonne corrélation entre les résultats du modèle et les mesures. Enfin, le modèle a été exploité par une analyse de sensibilité des paramètres en vue d’étudier le fonctionnement ainsi que les performances du système. Ce modèle permettra d’identifier une stratégie de conception optimale d’un Régénérateur Magnétique Actif afin de concevoir des systèmes de réfrigération magnétique performants. / The objective of this work is the developing of a multi-physics and multi-scale numerical model of an Active Magnetic Regenerator in order to optimize the operation of a magnetic refrigeration system. The numerical model developed in this thesis is a multi-physics and multi-scale model that takes into account simultaneously three distinct phenomena (magnetism, fluid flow and heat transfer), each on a different scale (micro-scale, mini-scale scale and macro-scale). An experimental study was conducted to determine the thermophysical properties of magnetocaloric materials and integrate the results of these measurements in the numerical model. The model has been validated by comparison with experimental data and the results showed a good correlation between the model results and measurements. Finally, the model was exploited by an analysis of parameter sensitivity allowing studying the operation and performance of the system. This model will identify an optimal design strategy of an Active Magnetic Regenerator in order to design high-performance magnetic refrigeration systems.

[pt] Dutos são sistemas eficientes e seguros para o transporte de óleo e gás. O estudo da capacidade de carga de dutos em condições de serviço envolvendo o transporte de produtos agressivos e sujeitos a altas temperaturas e pressões ganha atualmente maior interesse dada a severidade das condições de operação e a crescente necessidade de manutenção e adaptação dos dutos existentes às condições atuais de serviço. No entanto,a presença de defeitos e imperfeições em segmentos de dutos pode ocasionar a redução na resistência do mesmo e eventualmente sua falha. Este trabalho tem como objetivo a previsão do comportamento de dutos sujeitos a cargas combinadas, tendo em vista os carregamentos que podem ocorrer em campo. São contemplados nestes carregamentos efeitos térmicos, movimentos geotécnicos,pressão de operação. No caso de assentamento de solo, o duto pode estar submetido a efeitos de flexão que resultam em curvaturas excessivas. Como consequência ocorre a flambagem local do duto e desenvolvem-se rugas. Nestas condições podem surgir deformações acima dos valores limites estabelecidos em normas.Tendo em vista a natureza tri-dimensional do problema e a investigação do fenômeno de flambagem local, faz-se necessário o entendimento do comportamento tridimensional de cascas em condições de grandes deslocamentos e grandes deformações em regime elasto- plástico.Neste trabalho desenvolvem-se alguns modelos para a previsão do comportamento de dutos submetidos a cargas combinadas. Procura-se reproduzir as condições de ensaio de laboratório de modo a se desenvolver um modelo de previsão confiável. Para tal foram tomados como referência alguns resultados de ensaios disponíveis na literatura. Aspetos de modelagem de condições de contorno e carregamento são enfocados. Dado o desenvolvimento de rugas e de grandes deformações estão presentes também outros aspectos importantes da modelagem como o aparecimento de regiões de auto-contato nas rugas.Alguns exemplos numéricos analisados com o programa comercial de elementos finitos ABAQUS são apresentados. / [en] Pipelines are efficient and safe systems for the transport of oil and gas. The study of the load capacity of these systems under functional conditions which include the transport of aggressive products under high temperatures and pressures has gained larger interest due to the severe operation conditions and growing needs for maintenance and adaptation of the existing pipelines to these conditions. However, the presence of defects and imperfections in pipe segments may lead to reduction of resistance and eventually to failure. The scope of this dissertation is the prediction of the behavior of pipelines subjected to combined load conditions and sequences till collapse, reproducing those which occur on field and in laboratory tests. Axial forces, internal pressure and bending are applied to the model in order to reproduce thermal effects, operating pressure and ground movements. In the case of soil settlement the pipeline may be subject to bending effects which result in excessive curvatures. As a consequence local buckling occurs with the development of wrinkles. Under these conditions strains above those recommended in the codes can take place.Due to the three dimensional nature of the problem the investigation of the local buckling phenomena, requires the understanding of the behavior shells under large displacement and large strain conditions in elasto- plastic regime.In the present work some models are developed for the prediction of the behavior of pipelines subjected to combined loading. Validation of these models allows us to accompany and establish experimental programs. Some reference laboratory results available in the literature are included. Aspects of the modeling such as boundary and loading conditions, material modeling and solution procedure are addressed. The development of wrinkles and large deformations brings into the model additional aspects such as the presence of self-contact areas. Numerical examples are analyzed using the commercial finite element program ABAQUS.

[pt] A avaliação da recarga subterrânea e de sua variação temporal e espacial, em bacias hidrográficas, é essencial para estudos de sustentabilidade de recursos hídricos e requer, na maior parte das vezes, o uso de um modelo numérico de fluxo 3D. Geralmente, dados como mapas geológicos e pedológicos estão disponíveis, a localização e geometria das principais feições estruturais podem ser identificadas a partir de imagens de satélite, em ambiente SIG, e dados de hidrologia superficial e de elevação de terreno são fáceis de conseguir. No entanto, para se utilizar um modelo numérico que forneça uma primeira avaliação da sustentabilidade de uma explotação, é necessário alimentá-lo com dados de propriedades hidráulicas consistentes com a faixa de valores representativos dos tipos de rocha que compõe a bacia. Uma revisão de dados hidrogeológicos de uma série de localidades mostra que, enquanto as propriedades hidráulicas das rochas fraturadas apresentam uma grande variação em seus valores, quando analisadas de forma indiscriminada, ao serem agrupadas por tipo litológico, apresentam uma faixa de variação mais restrita (i.e. granito fraturado vs. gabro fraturado). Há um grande volume de dados relativos a projetos de disposição de lixo radioativo, mineração e engenharia civil, em diversos sítios ao redor do mundo, em que foram feitas investigações detalhadas do meio fraturado. Dados de um determinado maciço fraturado podem ser usados em outro, não investigado, como uma primeira aproximação, desde que possuam o mesmo tipo litológico e pertençam a ambientes tectônicos semelhantes. Este tratamento foi utilizado para modelar a vazão sustentável de uma pequena bacia de drenagem no Noroeste Fluminense. Dados relativos às estruturas dominantes e aos sistemas de fraturas foram extraídos de imagens de satélite, fotos aéreas e de afloramentos, e tratados em ambiente SIG. O modelo de fluxo subterrâneo foi construído com dados de elevação do terreno, mapas geológicos, registros hidrológicos históricos bem como mapas pedológicos e de uso da terra. O programa FEFLOW (Diersch, 1998) foi usado para simular a distribuição espacial e temporal da recarga subterrânea na bacia e diferentes cenários de explotação de água subterrânea. O modelo mostrouse capaz de fornecer uma primeira aproximação das reservas subterrâneas da bacia e de avaliar a relação entre o fluxo subterrâneo e dos cursos d’água superficiais, em condições naturais e nos cenários de explotação, sendo assim uma ferramenta útil para análises de sustentabilidade de exploração destes recursos. / [en] The estimation of groundwater recharge and its spatial and temporal variability in a drainage basin is essential for sustainability assessments and requires, in most cases, the use of an appropriate 3D numerical flow and transport model. For most drainage basins, the bedrock and overburden geology maps exist, the location and geometry of major structural features can be identified using available GIS databases, and surface water and terrain elevation data at an appropriate scale are readily available. In order to use 3D models to provide an initial assessment of the sustainability of the groundwater resource extraction of a specific drainage basin, the 3D model has to be populated with hydraulic properties that are consistent with the range of values that are representative of the rock types that underlie the drainage basin. A review of hydrogeological data from a number of sites shows that while there is a wide range in the hydraulic properties of fractured rocks in general, the range for individual rock types is more constrained, (i.e. fractured granite versus fractured gabbro). There is a great amount of hydrogeological data from fractured rock masses that have been investigated in detail as part of nuclear waste, mining and civil engineering projects around the world. Data from a specific site can be used as a first approach in another one, not investigated, once they have the same geologic characteristics and tectonic environment. This approach was used to model the sustainable groundwater yield of a small drainage basin in Southeast Brazil. Data on major structures and fracture systems were extracted from satellite images, aerial photos and outcrop expositions using GIS environment. The groundwater flow model was constructed using terrain elevation data, geology maps, hydrological records, as well as soil type and land use maps. FEFLOW (Diersch, 1988) was used to simulate the spatial and temporal distribution of groundwater recharge in the basin, using different pumping scenarios. The model was capable to yield a good estimation of groundwater resources in the watershed, as a first approach, and to assess groundwater and surface water relations in natural conditions and in stress scenarios being a useful tool for sustainability analysis of groundwater exploitation.

[pt] A formação de emulsões está presente em diversas atividades industriais, incluindo o setor petrolífero. A análise de quebra de gota em capilares com garganta remete ao estudo da formação de emulsões e suas características em meios porosos. Esta dissertação apresenta um modelo numérico baseado nas equações de conservação, e na teoria da lubrificação. O modelo foi desenvolvido considerando as duas fases como fluidos Newtonianos, e o sistema de equações diferencias resultante foi resolvido pelo método de diferenças finitas centrais, implementado em ambiente MATLAB®. Determina-se o campo de pressão dos fluidos, bem como sua interface ao longo do tempo. A análise da influência de parâmetros, tanto da geometria do capilar quanto das propriedades dos fluidos, indicou comportamentos adequados em comparação com os dados disponíveis na literatura. Observou-se que a viscosidade do fluido da fase contínua possui maior influência no tempo de formação de gota, do que a viscosidade do fluido da fase dispersa. O tempo de quebra de gota da fase dispersa varia linearmente com a viscosidade da fase contínua. Observa-se que o raio da garganta do capilar influencia diretamente no tempo de quebra de gota, onde para raios menores, o tempo de formação de gota será menor do que para um raio de garganta maior, devido a um gradiente de pressão capilar mais elevado. / [en] The snap off of emulsion drops appears in several industrial activities, including the oil industry. The analysis snap off in a constricted capillary is related to the study of emulsion formation and its characteristics in a porous media. This thesis presents a numerical model based on the conservation equations and lubrification theory developed for Newtonians fluids. The resulting system of differential equations was solved by finite difference and the code implemented in MATLB®. The analysis of the effect of different parameters, such as the geometry of the capillary and the liquid proprieties, indicated appropriate behaviors in comparison to data in the literature. It was observed that the viscosity of the continuous phase fluid has a stronger influence in the snap off time than the viscosity of the dispersed phase fluid. The snap off time rises with the viscosity of the continuous phase fluid. It was observed that the variation of the radius of the neck directly influences the snap off time, where smaller throat radius leads to shorter snap-off time, due to stronger capillary pressure gradient.