Investigação do comportamento mecânico de um solo residual de gnaisse da cidade de Porto Alegre

O solo residual de gnaisse ocupa uma grande área da cidade de Porto Alegre. Embora exista histórico de instabilidades de estruturas de contenção executadas neste material, o estudo científico de suas propriedades geotécnicas foi iniciado somente a partir da execução de uma obra de solo grampeado, realizada no ano de 2001. O projeto da obra supracitada foi revisado a partir do início das escavações, através de retro-análises de rupturas induzidas, o que conduziu a parâmetros de resistência ao cisalhamento sensivelmente inferiores aos obtidos inicialmente através de ensaios de campo. Os deslocamentos de crista, medidos nesta estrutura, superaram os valores esperados a partir de dados da literatura. O solo residual de gnaisse estudado apresenta forte anisotropia textural, marcada pelos bandamentos herdados da rocha mãe. Estes bandamentos são formados pela intercalação de bandas micáceas e bandas compostas principalmente por partículas de quartzo e feldspato. Foram realizados ensaios triaxiais com medição local de deformações, ensaios de compressão isotrópica e ensaios de compressão confinada para o estudo da resistência ao cisalhamento e da deformabilidade deste solo residual de gnaisse Os ensaios foram realizados para diferentes ângulos entre o bandamento micáceo e a direção da tensão principal maior a. Diferente dos solos residuais de gnaisse estudados em outras partes do Brasil, o solo residual de gnaisse estudado apresenta clara anisotropia de resistência ao cisalhamento e de deformabilidade, devida à estrutura herdada da rocha mãe. Em um comportamento também diferente dos solos supracitados, o solo residual de gnaisse de Porto Alegre, com base nos ensaios realizados nesta dissertação, não apresenta uma superfície de plastificação dada pela sua estrutura. Realizando-se uma interpretação através dos conceitos da Teoria do Estado Crítico, verificou-se que o solo residual de gnaisse apresenta uma NCL para amostras reconstituídas, mas, devido ao seu caráter anisotrópico, não foi possível determinar a CSL do solo residual de gnaisse, nem definir sobre sua unicidade.

Plastificação de um solo cimentado curado sob tensão

A fim de avaliar a contribuição das ligações cimentantes no comportamento tensão-deformação dos solos cimentados, bem como quantificar a variação das tensões de início de plastificação e incremento de tensão de plastificação em função do índice de vazios de cura, foram realizados dezoito ensaios de compressão isotrópica em amostras artificialmente cimentadas curadas com diferentes tensões confinantes, índices de vazios e teores de cimento. As amostras foram inicialmente adensadas a várias tensões confinantes ao longo da linha de compressão normal do solo sem cimentação, simulando a formação de elementos de solos em diferentes profundidades de um depósito sedimentar cimentado. Após o adensamento, as amostras eram curadas para posterior aplicação de incrementos de tensão isotrópica. Complementarmente, dezenove ensaios triaxiais drenados foram realizados em amostras artificialmente cimentadas curadas sob diferentes tensões confinantes e índices de vazios de forma a analisar as modificações dos parâmetros de resistência, deformabilidade e plastificação em função do índice de vazios e tensão de cura. Por final, um novo modelo matemático foi proposto para simular os ensaios isotrópicos das amostras curadas com diferentes índices de vazios e teores de cura, descrevendo o comportamento teórico dos elementos de solo situados nas diferentes profundidades do depósito fictício de solo cimentado. A capacidade do modelo de simular os resultados dos ensaios isotrópicos para uma gama ampla de índice de vazios de cura e teores de cimento também foi apresentada. Comentários acerca das respostas obtidas com simulações de amostras curadas a altos e baixos índices de vazios, e solicitadas a elevadas tensões isotrópicas, também são apresentadas juntamente com uma análise dos três parâmetros adicionais requeridos pelo modelo em relação ao modelo Cam Clay: um parâmetro de medida de nível de cimentação, um parâmetro definidor do tipo de comportamento da estrutura cimentante (rígido, rígido-plástico, linear, etc.), e um parâmetro que relaciona a magnitude das tensões da estrutura cimentante com o nível de cimentação da amostra.

Utilização de nanosílica como aditivo estendedor para pastas cimentantes de baixa densidade destinadas à cimentação de poços petrolíferos

Cementing operations are conducted at different times of the well s life and they have high importance, because the functions are fundamental to keep good properties during a long life of the well, such as, maintain the mechanical stability of the well, to promote the isolation hydraulic and support the tubing. In some situations, the rocky zones have low fractures pressures and require the use of lightweight slurries to prevent the hydrostatic pressure in the formation is greater than the pressure of fracture. There are three ways to reduce the density of cement slurries: exterders water additives, microspheres and foamed slurries. The most used extender water additive is sodium bentonite, which is a clay with a good capacity of water absorption and expansion of its volume, the main disadvantage of this additive is the reduction of the strength. Currently, the use of nanoscale particles has received special attention, mainly because they get new functionalities. Following this trend, this paper aims to use a colloidal solution of nano-silica as an exterders water additives for use in oil wells. Slurries were designed with fixed 13lb/gal density and concentration of nano silica 0.1 gpc; 0.4 gpc; 0.7 and 1gpc, the influence of nano-silica was studied at these levels in isolation and combined varying concentrations of CaCl2,. Tests including rheology, stability, strength, thickening time, porosity and permeability. Besides the API tests, microstructural characterizations were performed after 28 days of the slurries, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM)

Desenvolvimento de sistemas de aditivos químicos para aplicação em cimentações de poços de petróleo

The primary cementing is an important step in the oilwell drilling process, ensuring the mechanical stability of the well and the hydraulic isolation between casing and formation. For slurries to meet the requirements for application in a certain well, some care in the project should be taken into account to obtain a cement paste with the proper composition. In most cases, it is necessary to add chemicals to the cement to modify its properties, according to the operation conditions and thus obtain slurries that can move inside the jacket providing a good displacement to the interest area. New technologies of preparation and use of chemicals and modernization of technological standards in the construction industry have resulted in the development of new chemical additives for optimizing the properties of building materials. Products such as polycarboxylate superplasticizers provide improved fluidity and cohesion of the cement grains, in addition to improving the dispersion with respect to slurries without additives. This study aimed at adapting chemical additives used in civil construction to be used use in oilwell cement slurries systems, using Portland cement CPP-Special Class as the hydraulic binder. The chemical additives classified as defoamer, dispersant, fluid loss controller and retarder were characterized by infrared absorption spectroscopy, thermogravimetric analyses and technological tests set by the API (American Petroleum Institute). These additives showed satisfactory results for its application in cement slurries systems for oil wells. The silicone-based defoamer promoted the reduction of air bubbles incorporated during the stirring of the slurries. The dispersant significantly reduced the rheological parameters of the systems studied. The tests performed with the fluid loss controller and the retarder also resulted in suitable properties for application as chemical additives in cement slurries

Estudo do comportamento de pastas compósitas cimento/sílica/poliuretana para poços de petróleo HPHT

Os poços HPHT atravessam zonas anormalmente pressurizadas e com altos gradientes de temperatura. Esses poços apresentam elevadas concentrações de tensões produzidas pelas operações de perfuração e fraturamento hidráulico, flutuações da pressão e temperatura, forças dinâmicas geradas durante a perfuração, formações inconsolidadas, entre outros aspectos, podendo resultar em falhas mecânicas na bainha de cimento. Tais falhas comprometem a estabilidade mecânica do poço e o isolamento das zonas produtoras de óleos e/ou gás. Para que operações corretivas não se façam necessárias, é preciso adequar as pastas às condições de cada poço. Sistemas de pastas de cimento para poços HPHT requerem um bom controle de suas propriedades termo-mecânicas. Visto que a temperaturas superiores a 110 oC (230 oF) o cimento, após alcançar um valor máximo de resistência, inicia um processo de perda de resistência (retrogressão). Para prevenir esse efeito substitui-se parcialmente o cimento Portland por sílica com objetivo de incrementar a reação pozolânica. Esta reação modifica a trajetória do processo natural de hidratação do cimento, o gel de silicato de cálcio hidratado (C-S-H) se converte em várias outras fases com maior resistência. Polímeros também são adicionados para proporcionar maior flexibilidade e agir como barreira à propagação de trincas desenvolvidas sob tensão. O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento do sistema cimento/sílica/polímero quando submetido às condições de alta temperatura e alta pressão. Foram formuladas pastas de cimento puro, pastas contendo 40 % BWOC de sílica flour e pastas com diferentes concentrações de poliuretana (5 % a 25 %) e 40 % BWOC de sílica flour. O peso específico das pastas foi fixado em 1,87 g/cm3 (15,6 lb/gal). Os resultados demonstram que as resistências da pasta contendo 40% de sílica e das com adição de polímero foram muito superiores a da pasta de cimento puro, não ocorrendo o efeito da retrogressão. As pastas com polímero apresentaram um crescente aumento da tenacidade com o aumento da concentração da mesma, sendo assim capaz de suportar as tensões. Além de se manterem estáveis termicamente acima de 180 ºC. O sistema também apresentou excelentes resultados de filtrado, reologia, água livre, estabilidade e permeabilidade. Sendo assim, o mesmo mostrou ser aplicável a poços HPHT

Sistemas de colheita e manejo da palhada de cana-de-açúcar

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Procedimentos metodológicos para o planejamento de obras e usos: uma abordagem geotécnica e geoambiental

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Mapeamento das fundações mais usadas na cidade de Belém-PA: aspectos gerais e proposta preliminar de mapeamento de soluções utilizadas em casos recentes

Realiza o levantamento dos vários tipos de fundações mais comumente utilizadas na construção civil, nas últimas décadas na cidade de Belém PA, definindo suas propriedades, peculiaridades, aspectos técnicos de seu dimensionamento, capacidade de carga e processo executivo. Identifica o tipo de solo, em que estão assentes, com respectivos perfil e características geotécnicas e efetua o mapeamento da cidade por regiões, de acordo com perfil geológico; tipo de fundação; profundidade de assentamento; processo executivo; e custo relativo. O trabalho é dividido em quatro etapas: a primeira correspondente à pesquisa bibliográfica a respeito do estudo das fundações, abrangendo desenvolvimento histórico das fundações e mecânica dos solos, no mundo, Brasil e Belém; pesquisa geotécnica e características do solo de Belém e; estudo dos Sistemas de Informações Geográficas SIG,; a segunda envolvendo levantamento técnico junto as empresas construtoras e firmas de projetos locais, para catalogação e formação de um banco de dados acerca das fundações praticadas na cidade; a terceira relativa a ordenação e análise técnica dos dados coletados e a quarta, consiste na redação do texto final e na elaboração de mapas da cidade, baseados em Sistema de Informação Geográfica - SIG, em escala 1:10.000, concernentes ao tipo de fundação; o perfil geotécnico do terreno; o tipo de solo e processo executivo; profundidade provável para a fundação e, o custo relativo da fundação em relação ao total da obra.

CALIBRAÇÃO DE UM REFLECTÔMETRO PARA ESTUDOS DO FLUXO DE ÁGUA EM SOLO NÃO SATURADO

Este trabalho trata sobre a calibração de um aparelho baseado na técnica TDR para estudos do fluxo de água em solo não saturado, com base na medição indireta da umidade, sucção matricial (ψ) e condutividade hidráulica não saturada k(ψ), num perfil de solo inalterado. Isto é possível mediante ensaios de laboratório decorrentes da mecânica de solos tradicional e não saturada, a partir de amostras indeformadas retiradas a diferentes profundidades durante a construção de um poço, onde foram instaladas as sondas do TDR. Dos ensaios, obtiveram-se equações polinomiais para relacionar o comportamento da variação do período de tempo do pulso eletromagnético percorrido pela sonda TDR com a variação da umidade do solo e modelos de van Genuchten (1980) para relacionar a umidade com (ψ) e k(ψ). Os resultados mostraram que, para a calibração da umidade neste tipo de solos, um ajuste polinomial de quarto grau se apresenta como melhor alternativa em relação às expressões existentes em lugares onde foram derivadas estas teorias. Adicionalmente, se observou, que as maiores variações de (ψ) e k(ψ). ocorrerão entre a saturação e 10% de umidade devido à peculiaridade da curva de retenção. Finalmente, a presente calibração se apresenta como um expediente útil e prático para estudos hidrodinâmicos de solos não saturados. Palavras-chave: calibração, reflectômetro, teor de umidade, solo não saturado.

Projeto estrutural de galpão metálico segundo recomendações da NBR8800

This work deals in a general way, the history and advantages of steel buildings, as well as its increasing usage in Brazil in the last century. This work also generally describes some types and its uses of metal frame. It also demonstrates the use of the NBR 8800: 2008 standard and its calculation methods through the scale out materials regulated in Brazil for an industrial warehouse project small and simple portico metal frame. Given that the construction requirements include a locational influence following the normative indications of the NBR 6123, for the winding scale out, since this effect combined with the permanent loads must be seriously evaluated due to the shape type effort about acting simultaneous axial force and bending moments obeying the limitations applied to the structure according to NBR 8800. As it has been explained the calculations that ensures mechanical stability and suggesting an analysis of the efficiency of the used materials

Projeto estrutural de galpão metálico segundo recomendações da NBR8800

This work deals in a general way, the history and advantages of steel buildings, as well as its increasing usage in Brazil in the last century. This work also generally describes some types and its uses of metal frame. It also demonstrates the use of the NBR 8800: 2008 standard and its calculation methods through the scale out materials regulated in Brazil for an industrial warehouse project small and simple portico metal frame. Given that the construction requirements include a locational influence following the normative indications of the NBR 6123, for the winding scale out, since this effect combined with the permanent loads must be seriously evaluated due to the shape type effort about acting simultaneous axial force and bending moments obeying the limitations applied to the structure according to NBR 8800. As it has been explained the calculations that ensures mechanical stability and suggesting an analysis of the efficiency of the used materials

Modelo preditivo fuzzy da mobilização do solo no sistema de plantio direto.

As culturas do milho e da soja respondem pela maior parte da produção nacional de grãos, predominando o sistema de plantio direto. Para uma semeadura direta de qualidade, o bom aterramento do sulco é indispensável, pois garante um ambiente adequado às sementes. Neste sentido, é importante estimar a mobilização de solo promovida por uma haste sulcadora estreita durante esta operação. O modelo analítico existente visa representar a mobilização do solo no sistema de plantio convencional. Como consequência, há situações em que este não pode se aplicado, como no caso de hastes sulcadoras estreitas utilizadas em semeadoras de plantio direto. Nestas situações, o mecanismo de falha do solo pode se alterar, assumindo um comportamento não modelado na literatura. Essa pesquisa propõe um modelo fuzzy capaz de representar estas situações, aproveitando conhecimento da teoria de mecânica dos solos e da análise de resultados experimentais. No modelo proposto, parte das regras descrevem situações não abrangidas pelo modelo analítico, as quais foram formuladas a partir da estimativa das prováveis áreas de solo mobilizado. O modelo fuzzy foi testado com dados de experimentos conduzidos durante a pesquisa, em duas condições de granulometria de solo (arenoso e argiloso). O modelo proposto reproduziu as tendências observadas nos dados experimentais, mas superestimou os valores de área observados, sendo esse efeito bem mais intenso para os dados do experimento em solo arenoso. A superestimativa ocorreu devido à soma de diversos fatores. Um deles é a diferença entre as leituras experimentais, as quais consideram apenas o solo realmente movimentado, e a premissa do modelo analítico, que considera toda a área de solo incluindo aquela cisalhada, porém não mobilizada. Outro fator foi devido ao efeito do disco de corte da palha, que pré-cisalha o solo à frente da ferramenta. No ensaio em solo arenoso os valores observados de área de solo mobilizado foram menores que os esperados, intensificando o efeito de superestimativa do modelo fuzzy, sendo que este efeito não representa uma deficiência deste modelo.

Comportamento geotécnico de misturas de solo e resíduos de perfuração onshore

The drilling of wells for petroleum extraction generates rocks and soils fragments, among other residues. These fragments are denominated petroleum drilling gravel or simply petroleum drilling residue. On the sites of onshore exploration are formed big deposits of drilling gravel, an expensive final destination material. This work aims at evaluating the addition of drilling residue to a lateritic soil, as composite material, for construction of compacted fills for earth work projects. Soil and residue were evaluated by X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) and by laboratory tests traditionally used in soil mechanics, as particle-size analysis of soils, determination of liquid and plasticity indexes and compaction test. After soil and residue characterization, soil-residue mixtures were studied, using dosages of 2,5%, 5%, 10%, and 15% of residue in relation to the dry soil mass. These mixtures were submitted to compaction test, CBR, direct shear test and consolidation test. The test results were compared to the current legislation of DNIT for compacted fill construction. The results showed that the mixtures presented the minimal necessary parameters, allowing, from the point of view of geotechnical analysis, the use of these mixtures for construction of compacted fills

Tensoativo derivado do ácido cítrico: síntese e aplicação em fluidos de perfuração de emulsão inversa

This work describes the synthesis and study of the application of a new surfactant (Triester Lipophilic – TEL) obtained by citric acid with octanol. It is reaction was followed by thin layer chromatography (TLC) and after purification the product was characterized by proton and 13 – carbon nuclear magnetic resonance spectroscopy ( H and 13C NMR), thermogravimetric analysis (TGA) and surface tension analysis of oil-in-water emulsions. The TEL performance as surfactant in ester, n-paraffin and biodiesel based drilling fluids on the 70/30 and 60/40 water- oil rations (WOR) was evaluated by comparative tests of two commercial products used in the fields. These drilling fluids were aged in roller oven at 200 0 F during 16 h. The rheological and electric stability measurements were carried out at 135 ºF, the phase separation was evaluated after seven days at rest and the filtrate volume of drilling fluids was determined at high temperature and high pressure. The rheological behavior of the drilling fluids was evaluated by the flow curves. The results showed that the drilling fluids studied here presented Binghamian behavior as well as the used in the oil fields. The laboratory tests showed that the TEL reduced the filtrate volume and promoted the enhance of the thermal and mechanical stabilities.

Utilização da cinza da casca de arroz em cimentação de poços de petróleo

Pozzolanic materials such as rice husk ash are widely used to substitute part of cement, because they react with calcium hydroxide (CH) producing calcium silicate hydrate (C-S-H), which aggregate better physical, chemical and mechanical properties to the cement slurry. The usage of rice husk biomass ash from agribusiness in addition to or partially replacing cement is a noble purpose and a good way of sustainable development which currently is an obsession around the world. The ashes utilized in this study were characterized by: scanning electron microscopy technique (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and BET method. The pozzolanic activity of RHA and WRHA in cement slurries was evaluated by: thermal-gravimetric technique and derivative thermogravimetry (TGA/DTG), X-ray diffraction (XRD) and Compressive Strength. The slurries formulated with additions of 10% and 20% of RHA and WRHA were cured for 28 days at 58 °C. The results of thermal analysis demonstrated that a 20% WRHA addition caused a reduction of approximately 73% of Portlandite (calcium hydroxide – CH) phase related to standard slurry (STD). The XRD scans also demonstrated the reduction of the Portlandite peaks’ intensity for each slurry compared with STD slurry. The RHA and WRHA react chemically with Portlandite producing calcium silicate hydrate (C-S-H), confirming their effect as a pozzolanic agent. The WRHA presented the best results as a pozzolanic material.