[pt] A presente tese de doutorado tem como origem o projeto de pesquisa Aneel PD-0394-1905/2019, realizado a partir de uma colaboração entre Furnas e PUC-Rio. A principal meta desse grande projeto de pesquisa está no desenvolvimento do concreto reforçado com fibras visando sua aplicação em elementos estruturais que estão submetidos à fadiga na flexão ao longo de toda sua vida útil, como torres eólicas, pavimentos e elementos de pontes. Dessa maneira, ao longo de todo essa tese doutorado, a degradação mecânica do concreto reforçado com fibras sob fadiga é analisada em detalhe desde a escala da fibra em ensaios de arrancamento até a escala estrutural através de testes mecânicos de fadiga em larga escala. A primeira etapa desse estudo traz uma análise do comportamento à fadiga do concreto reforçado com fibras. A vida à fadiga desse material é estudada através de diferentes modelos estatísticos, que garantem avaliar a falha do material baseada em uma probabilidade falha. Já os ensaios de fadiga no arrancamento ajudam a explicar na escala interface fibra-matriz como ocorre a ruptura dos prismas sob carregamentos cíclicos. Uma segunda fase desse trabalho mostra a degradação mecânica de vigas armadas sob fadiga e o impacto da adição de fibras nos principais parâmetros de interesse. A adição do reforço fibroso é responsável por causar uma redistribuição de tensões na zona tracionada do elemento estrutural, diminuindo as deformações da armadura longitudinal e amenizando a degradação mecânica do concreto armado em termos de curvatura, deslocamento e rigidez. Além disso, a adição de fibras também é responsável por incrementar significativamente a aderência da barra de aço ao redor da matriz de concreto. Fator chave para explicar a melhora da resposta mecânica da estrutura sob fadiga e estudada nessa tese de doutorado através dos ensaios de arrancamento da barra aço. Por fim, uma nova solução analítica foi desenvolvida para avaliar a degradação mecânica dos prismas de concreto reforçado com fibras sob fadiga. As curvas analíticas propostas se adequaram de forma bem sucedida os resultados experimentais analisados nesse trabalho. A adição de fibras apresentou grande potencial visando uma diminuição da degradação mecânica das estruturas de concreto armado submetidas a carregamentos cíclicos. A redistribuição de tensões na zona tracionada devido às fibras promove uma maior rigidez da estrutura sob fadiga, uma melhora da aderência da armadura e uma maior capacidade de resistir aos ciclos de fadiga ao longo do tempo. Esse ganho mecânico com o reforço fibroso, portanto, pode garantir maior vida útil das estruturas em concreto armado. / [en] This doctoral thesis originates from the research project Aneel PD-0394- 1905/2019, carried out through a collaboration between Furnas and PUC-Rio. The main objective of this extensive research project is the development of fiber reinforced concrete for distinct structural application which are subjected to continuous flexural fatigue loading along their useful life, such wind tower endeavors, concrete pavements and bridge elements. The addition of fibers in the concrete mix has the potential to mitigate the mechanical deterioration along the continuous load cycles, enhancing, as a consequence, the durability and the fatigue life of the cited concrete structural elements. Throughout this doctoral thesis, the mechanical degradation of fiber reinforced concrete under fatigue is carefully analyzed, starting from the fiber scale with pull-out tests and going up to the structural scale through large-scale fatigue mechanical tests. The first stage of this study involves an analysis of the mechanical behavior of fiber reinforced concrete under fatigue loading. The material fatigue life is examined using different statistical models, which allow evaluating material failure based on a failure probability. Fatigue pull-out tests help explain, at the fiber-matrix interface scale, how the prisms rupture under cyclic loading. A second phase of this work demonstrates the mechanical degradation of reinforced structural beams under fatigue and the impact of fiber addition on key concerned parameters. The addition of fiber reinforcement causes a redistribution of stresses in the tension zone of the structural element, reducing the deformations of the longitudinal rebar and mitigating the mechanical degradation of reinforced concrete in terms of curvature, displacement and stiffness. Furthermore, fiber addition significantly improves the bond between the steel bar and the surrounding concrete matrix, a key factor in explaining the enhanced mechanical response of the structure under fatigue, as studied in this doctoral thesis through rebar pull-out tests. Finally, a new analytical solution was developed to assess the mechanical degradation of fiber reinforced concrete prisms under fatigue loads. The proposed analytical curves successfully fit the experimental results analyzed in this work. The addition of fibers showed great potential in reducing the mechanical degradation of reinforced concrete structures subjected to cyclic loading. The stress redistribution in the tension zone, caused by the fibers, promotes greater stiffness of the structure under fatigue, improves the bond with the reinforcement and enhances the ability to withstand fatigue cycles over time. Therefore, the observed enhancement of mechanical properties through fiber reinforcement can ensure a longer service life for reinforced concrete structures.

[pt] Um tipo de resina epoxídica (RE) foi modificada com polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH) a partir da mistura física de ambos os componentes (EPH) ou a partir da obtenção de copolímeros em bloco da resina epoxídica com PBLH funcionalizado com grupos isocianato (EPI) e carboxila (EPA). Foi realizado um estudo do comportamento mecânico desses sistemas epoxídicos, após a cura com um endurecedor a base de aminas, antes e após envelhecimento. Também foram avaliadas as propriedades adesivas, antes e após envelhecimento, através de ensaios com juntas de topo e juntas sobrepostas simples fabricadas com esses adesivos e com substratos de aço. O estudo do envelhecimento abrangeu absorção de água a temperatura ambiente e envelhecimento térmico. Foi possível concluir que a condição de pós-cura estabelecida em um trabalho anterior não acarretou na densidade máxima de ligações cruzadas dos sistemas e isto afetou o comportamento dos mesmos após os envelhecimentos. Para as condições de cura e pós-cura aplicadas, a água, no período de tempo estudado, acarretou na plastificação dos sistemas, mas não afetou as propriedades adesivas das juntas fabricadas com os adesivos RE, EPA e EPI. Já o tratamento de envelhecimento térmico a 150oC por 7 dias acarretou na queda de algumas propriedades mecânicas, mas teve o efeito distinto de melhorar as propriedades adesivas das juntas fabricadas com EPI, EPH e EPA em relação à carga de ruptura, todavia resultando num aumento da rigidez efetiva dessas juntas. / [en] A kind of epoxy resin was modified with hydroxyl- terminated polybutadiene (HTPB), using a physical blend of both components (EPH) or using a block copolymer of HTPB-RE. The block copolymers were prepared by reacting RE with isocyanate-funcionalized HTPB (EPI) or carboxyl- funcionalized HTPB (EPA). The cure agent was a blend of amines. A study of the mechanical behavior of these systems was carried out, before and after aging. Also the adhesive properties were evaluated, before and after aging, testing bonded joints (both butt and single-lap) manufactured with these adhesives and employing a steel adherent. This ageing study enclosed water absorption, at ambient temperature, and thermal aging. It can be concluded that the condition of post-cure, established in a previous work, did not promote the maximum crosslink density of the systems and this affected the behavior of these systems after aging. Considering the conditions of cure and post-cure and the period of time applied in this work, the water caused the plasticization of the systems, but it did not affect the adhesive properties of the joints manufactured with the adhesives RE, EPA and EPI. Considering the thermal aging treatment at 150oC during 7 days, it caused the decrease of some mechanical properties, but it had the distinct effect to improve the adhesive properties of the joints manufactured with EPI, EPH and EPA regarding the rupture load, however resulting in an increase of the joints stiffness.

[pt] A qualidade dos óleos vegetais utilizados na produção de biocombustíveis está diretamente relacionada à qualidade do produto final. Como metais desempenham um papel significativo na oxidação do óleo vegetal, a sua presença é indesejável, mesmo em baixas concentrações. No presente trabalho, investigou se como a presença de cobre, em diferentes estados de oxidação, cobre(0) ou cobre(II), afeta a estabilidade dos óleos de canola e girassol, auxiliando, assim, na compreensão dos mecanismos de oxidação dos mesmos. Óxido cúprico ou cobre metálico foram adicionados a amostras de óleo gerando suspensões contendo um teor de cobre equivalente a 2000 mg kg 1. As amostras foram mantidas a 90 graus celsius durante catorze dias. Periodicamente, foram retiradas alíquotas, que foram avaliadas quanto à estabilidade oxidativa através da determinação do índice de acidez, índice de iodo, espectroscopias de absorção nas regiões do UV Vis e do infravermelho (FT IR), espectroscopia Raman e do teste Rancimat. Os resultados confirmam que o cobre (não importa a espécie) participa ativamente do processo de degradação dos óleos vegetais, sugerindo que as espécies de metal não apenas influenciam a taxa de oxidação, mas também a extensão dos processos de degradação. Os espectros FT IR das amostras derivadas do óleo de canola mostraram um aumento na razão (I2856/I1747)tx/(I2856/I1747)t0, ou seja, uma diminuição dos grupos éster nas amostras de óleo contaminado com cobre. No entanto, não ocorreram alterações nas bandas com máximo em 1120 e 1098 cm 1, indicando que este metal atua como um catalisador no processo de hidrólise das ligações éster. Além disso, as razões (I2856/I3009)tx/(I2856/I3009)t0 e (I2856/I3010)tx/(I2856/I3010)t0 medidas por espectroscopia no FT IR para o óleo de canola e para o óleo de girassol, respectivamente, e a razão (I2856/I3012)tx/(I2856/I3012)t0 medida por espectroscopia Raman apresentaram um aumento mais pronunciado nas amostras contendo cobre. Contudo, os resultados obtidos sugerem que, durante a oxidação dos triglicerídeos, não ocorreu a quebra de ligações olefínicas, pois, embora tenha sido observado tanto por FT IR como por Raman que a banda relacionada ao v(C-H)cis diminuiu com o progresso da oxidação, não foi verificada significativa diminuição do índice de iodo, indicando que uma grande parte da oxidação nos óleos contaminados com cobre não envolveu diretamente a perda de duplas ligações, e sim a isomerização das duplas ligações cis direcionando a formação de produtos contendo ligações trans. Os dados deste trabalho indicam que o estado de oxidação +2 exerce um maior efeito catalítico do que o cobre na forma de partículas metálicas, uma vez que a diminuição no tempo de indução, assim como o aumento na formação de produtos secundários derivados de oxidação, acompanhada pela medição da absorvância a 270 nm, foi mais pronunciada nas amostras contaminadas com cobre(II). A extensão da isomerização das duplas ligações, acompanhada por FT IR e espectroscopia Raman, apontam neste mesmo sentido. Além disso, a influência de um antioxidante natural, curcumina, também foi avaliada. Verificou se que a sua adição às amostras de óleo contendo cobre(II) elevou a estabilidade frente aos ensaios realizados. / [en] The quality of vegetable oils used in biofuel production is directly related to the quality of the final product. As metals play a significant role in vegetable oil oxidation and degradation, their presence is undesirable, even at low concentrations. The present study investigated how the presence of copper, in different oxidation states, copper(0) or copper(II), affects the stability of canola and sunflower oil, thus aiding in the understanding of oil oxidation mechanisms. Cupric oxide or metallic copper were added to the oil samples generating suspensions containing overall copper amounts equivalent to 2000 mg kg 1. The samples were maintained at 90 celsius degrees for fourteen days. Aliquots were taken periodically and evaluated with regard to oxidative stability, by determining the acid value, iodine value, by absorption UV Vis and Infrared (FT IR) spectroscopy, Raman spectroscopy and the Rancimat test. The results confirm that copper, no matter in what oxidation state, participates actively in vegetable oil degradation, suggesting that the metal species do not only influence the oxidation rate, but also the extent of the degradation processes. The FT IR spectra of samples derived from copper contaminated canola oil showed an increase in the (I2856/I1747)tx/(I2856/I1747)t0 ratio, i.e., a decrease of the ester groups. However, no changes in the bands with maximums at 1120 and 1098 cm 1 were observed, indicating that this metal acts as a catalyst in the hydrolysis process of ester bonds. Furthermore, the (I2856/I3009)tx/(I2856/I3009)t0 and (I2856/I3010)tx/(I2856/I3010)t0 ratios measured by FT IR spectroscopy, for canola and sunflower oil, respectively, and the (I2856/I3012)tx/(I2856 /I3012)t0 ratio measured by Raman spectroscopy showed a more pronounced increase in the copper containing samples. However, the results also suggest that olefinic bonds did not rupture during triglyceride oxidation, since, despite the fact that a decrease in the band related to cis C-H vibration was observed by both FT IR and Raman during the oxidation progress, no reductions in the iodine value were observed, indicating that the majority of the oxidation in the copper containing oils did not involve the loss of double bonds, but the isomerization of cis double bonds, directing the formation of products containing trans bonds. The results reported in this study indicate that copper in the (II) oxidation state exerts a greater catalytic effect than Cu in the form of metal particles, since the decrease in the induction time, as well as the increase in the production of secondary oxidation products, verified by measuring the absorption intensity at 270 nm, was more pronounced in samples contaminated with copper(II). The influence of a natural antioxidant, curcumin, on the oxidation stability of vegetable oils was also evaluated, and its addition to the oil samples containing copper(II) increased oil stability.

[pt] Devido ao seu comportamento físico-químico, os polímeros solúveis em água são utilizados em várias fases de perfuração, completação, e produção de poços de petróleo. Portanto, é fundamental prever e controlar o comportamento em meio poroso para entender o desempenho do polímero. Experimentos foram conduzidos para estudar a degradação de uma solução aquosa semi-diluída de PEO, usando dois capilares com diâmetros de entrada diferentes (100 micrômetros e 200 micrômetros) ambos com constrição de 50 micrômetros, criando fluxos transientes rápidos em seu centro. Diferentes vazões foram impostas a fim de observar diferentes taxas de cisalhamento e de alongamento no sistema. O efluente do fluxo foi coletado e reinjetado, e suas propriedades reológicas foram utilizadas como proxies para a degradação. Observamos que, para a contração mais abrupta, a vazão mínima necessária para degradar a solução é menor. Este resultado, analisado apenas sob a perspectiva da taxa de cisalhamento, não é razoável, já que a taxa de cisalhamento na constrição a que o polímero é submetido é igual em ambos os capilares. Portanto, inferimos que a brusquidão da contração desempenha um papel na degradação, o que significa que a taxa de alongamento pode ser responsável pela menor taxa de fluxo crítico. Também foi observado um padrão de como ocorre a degradação com as injeções subsequentes. Podemos inferir que injeções subsequentes causam degradação incremental antes de se aproximar de um patamar de estabilização e que vazões mais altas geram patamares de degradação mais baixos. / [en] Due to their physical-chemical behavior, water-soluble polymers are used extensively in various phases of drilling, completion, workover, and production of oil and gas wells. Therefore, it is fundamental to predict and to control in-situ porous medium behavior in order to understand polymer performance. Experiments were conducted to study the degradation of a semi diluted (2000 ppm) aqueous solution of PEO, using two capillaries with different entrance diameter (100 micrometers and 200 micrometers) both with 50 micrometers radius constriction, creating Fast-Transient Flows in their center. Different injection rates were imposed in order to observe different shear and extensional rates in the system. The effluent of the flow was collected, and reinjected, and rheological properties of the fluids were used as proxies for the degradation of the solution. We observed that for the more abrupt contraction, the minimum flow rate needed for degrading the polymer solution is lower. This result, when analyzed purely under shear rate perspective, is not reasonable, since the constriction shear rates to which the polymer is subjected are equal at both capillaries. Therefore, we inferred that the abruptness of the contraction plays a role in the degradation, which means elongational rate may be responsible for the lower critical flow rate. It was also observed a pattern for how the degradation occurs with subsequent injections. We could infer that subsequent injections cause incremental degradation before approaching a stabilization plateau and that higher flow rates generated lower degradation plateaus.

[pt] O design de software é uma preocupação fundamental na revisão de código, por meio da qual os desenvolvedores discutem ativamente e melhoram cada mudança de software. No entanto, a revisão de código é uma tarefa colaborativa influenciada por aspectos técnicos e sociais. Consequentemente, esses aspectos podem desempenhar um papel fundamental em como o design de software se degrada. Eles podem contribuir para acelerar ou reverter a degradação do design durante o processo de revisão de cada mudança. No entanto, há pouco entendimento sobre: (i) o impacto da revisão do código e suas práticas na degradação do design ao longo do tempo; e (ii) em que medida os aspectos sociais e técnicos estão relacionados com a redução ou aumento da degradação do design. Abordamos essas limitações motivadas por dois objetivos. Nosso primeiro objetivo é fornecer uma caracterização de como as revisões de código modernas afetam a degradação do design durante a manutenção do software. Consideramos vários aspectos técnicos e sociais para estudar o impacto das revisões de código, utilizando técnicas de aprendizado de máquina. Nosso segundo objetivo é explorar o papel dos aspectos técnicos e sociais em distinguir e predizer mudanças de design (não) impactantes durante as revisões de código. Uma mudança de design é considerada impactante quando varia a densidade e a diversidade dos sintomas de degradação (ou seja, cheiros de código). Esses objetivos foram abordados em dois estudos empíricos. Nosso primeiro estudo relata uma caracterização do impacto das revisões de código na evolução dos sintomas de degradação ao longo de cada revisão de código. Também levamos em consideração quando havia um objetivo explícito ou discussões sobre design de software. Nosso segundo estudo relata uma análise dos aspectos técnicos e sociais que influenciam as mudanças ao longo de todas as revisões em uma única revisão de código. Então, pudemos observar o papel dos aspectos sociais em distinguir e predizer mudanças impactantes no design. Nossos resultados mostram que a maioria das revisões de código tem pouco ou nenhum impacto na degradação, mesmo com discussões explícitas de design. Longas discussões e uma alta taxa de discordância dos revisores aumentam o risco de degradação. Os aspectos sociais e técnicos são capazes de distinguir mudanças de design (não) impactantes. Em resumo, nossos resultados nos forneceram uma melhor compreensão dos aspectos influentes que nos ajudam a derivar diretrizes para mitigar a degradação durante as revisões de código. Nossos resultados também fornecem insights para projetar novas ferramentas de revisão de código, também capazes de alertar os desenvolvedores com antecedência sobre o impacto prejudicial do design ao longo das revisões de código. / [en] Software design is a key concern in code review through which developers actively discuss and improve each software change. Nevertheless, code review is a collaborative task influenced by technical and social aspects. Consequently, these aspects can play a key role in how software design degrades. They can contribute to accelerating or reversing design degradation during the process of each single change s review. However, there is little understanding about: (i) the impact of code review and their practices on design degradation over time; and (ii) to what extent social and technical aspects are related to the reduction or increase of design degradation.We addressed these limitations driven by two goals. Our first goal is to provide a characterization of how modern code reviews impact design degradation during software maintenance. We consider various technical and socials aspects to study the code reviews impact. Our second goal is to explore the role of technical and social aspects in distinguishing and predicting (un)impactful design changes during code reviews, using machine learning techniques. A design change is considered impactful when it varies the density and diversity of degradation symptoms (i.e., code smells). These goals were addressed with two empirical studies. Our first study reports a characterization of the impact of code reviews on the evolution of degradation symptoms along each code review. We also took into consideration when there was an explicit goal or discussions around software design. Our second study reports an analysis of technical and social aspects influencing changes along all the revisions within a single code review. Then, we could observe the role of social aspects in distinguishing and predicting design impactful changes. Our results show that the majority of code reviews have little or no impact on degradation, even with explicit design discussions. Long discussions and a high rate of reviewers disagreement increase the risk of degradation. Both social and technical aspects are able to distinguish design (un)impactful changes. In summary, our results provided us with a better understanding of influential aspects that help us in deriving guidelines to mitigate degradation during code reviews. Our results also provide insights to design a new code review tool salso able to warn developers early about the harmful design impact along code reviews.

[pt] A Agenda Ambiental Global tem como uma das principais diretrizes a redução da pegada ecológica para a produção de alimentos. Parte desse desafio está associada a vastas áreas de pastagem degradadas. No Brasil, 70 porcento da área total de pastagem utilizada pela pecuária é diagnosticada como degradada, representando 118,3 milhões de hectares. Nesse contexto, algumas estratégias podem ser usadas para reverter esse cenário, sendo uma delas a transição para um sistema de produção agroecológico sustentável, como o Sistema Silvipastoril (SSP). Como Estudo de Caso para esta pesquisa, foi escolhida uma paisagem tropical e montanhosa na região Sudeste do Brasil, com baixo potencial de mecanização, fato que diminui sua competitividade no agronegócio, contribuindo para um longo período de declínio social, ambiental e econômico, principalmente a partir da década de 1950. O objetivo da pesquisa consistiu em avaliar o SSP como uma ferramenta estratégica para a recuperação de terras degradadas da Bacia Hidrográfica do Rio Paraibuna (BHRP), considerando as três dimensões da sustentabilidade: social, ambiental e econômica. Para isso, foram levantados dados de 6 fazendas de gado alimentado, exclusivamente, a pasto: 2 (duas) de pecuária degradada em monocultura (PDM); 2 (duas) de pecuária produtiva em monocultura (PPM); e 2 (duas) de pecuária produtiva em Sistema Silvipastoril (PPSP). Um conjunto de indicadores foi desenvolvido e utilizado para avaliar princípios e metas que orientam a transição de sistemas de produção convencionais para sistemas sustentáveis. Os resultados apresentaram uma escala progressiva de evolução na sustentabilidade entre todos os sistemas de produção pesquisados como: PPSP (0,75) maior PPM (0,61) menor PDM (0,42), nos aspectos social, ambiental e econômico, sendo 0,7 o ponto de equilíbrio para a sustentabilidade e 1,0 o máximo. Dessa forma, esta pesquisa apresenta o alto potencial do SSP como ferramenta estratégica para recuperar as 3 dimensões da sustentabilidade em terras degradadas. Os principais benefícios são: a adoção de boas práticas de produção; a capacidade produtiva do solo; a diversificação da paisagem; a vegetação nativa; a saúde e segurança no trabalho; a rentabilidade e segurança do investimento; e a lucratividade. / [en] One of the main guidelines of the global environmental agenda is lowering the ecological footprint for food production. Part of this challenge is associated with vast areas of degraded pasture. In Brazil, 70 percent of the total pasture area used by livestock is diagnosed as degraded, representing 118.3 million hectares. Some strategies can be used to reverse this scenario. One of these is a transition process for a sustainable agro-ecological productions system, such as Silvopastoral Systems (SPS). As a case study it was chosen a tropical landscape in a mountainous region in the southeast of Brazil. It has low potential for mechanization, which decreases its competitiveness in agribusiness, contributing for a long period of social, environmental and economic decline, especially after the 1950 s. This paper aims to evaluate SPS as a strategic tool for the recovery of degraded lands in the Paraibuna River Basin (BHRP), considering the three dimensions of sustainability: social, environmental and economic. We surveyed data from six grass-fed cattle farms: two of degraded monoculture pasture (DMP); two of productive monoculture pasture (PMP); and two of productive Silvopastoral System (PSPS). A set of indicators was developed and used to evaluate principles and goals that guide the transition from conventional production systems to sustainable systems. The results presented a gradual scale of sustainability evolution among all production system surveyed such as PPSP (0.75) PMP (0.61) DMP (0.42), in social, environmental and economic aspects, with 0.7 being the breakeven score for sustainability and 1.0 the maximum. In this way, this research presents the high potential of SPS as a strategic tool to recover the three dimensions of sustainability in degraded lands, being the main benefits, a better: production practices adoption; soil productive capacity; landscape diversification; native vegetation; health and safety at work; profitability and security of investment; and diversification income.