[pt] A pasta de cimento classe G é muito utilizada nas operações de cimentação de poços de petróleo, sendo submetida a várias formas de deterioração, afetando sua durabilidade. Duas dessas formas de deterioração que ocorrem nos poços são por carregamento cíclico e temperaturas elevadas. Neste estudo, corpos de prova foram submetidos a ensaios de carregamento cíclicos de 30 por cento, 50 por cento e 70 por cento das tensões de ruptura e a temperaturas elevadas de 100 graus Celsius, 200 graus Celsius, 450 graus Celsius e 650 graus Celsius. A microtomografia computadorizada (microCT) foi utilizada para gerar imagens tridimensionais para observar a estrutura interna do material e, através de uma rotina computacional desenvolvida, avaliar qualitativa e quantitativamente a evolução de poros e fissuras após os ensaios. Primeiramente foi utilizado o software Fiji para aplicação de filtro de redução de ruído, em seguida as imagens de antes e depois dos ensaios são alinhadas com auxílio do software DataViewer. No software Dragonfly os vazios (poros e fissuras) das imagens são segmentadas e quantificados, apresentando o volume e esfericidade dos vazios de interesse. Os resultados dos ensaios de carregamento cíclico mostraram que submeter a 30 por dento da tensão de ruptura quase não influencia na estrutura interna mas 50 por cento e 70 por cento causam danos significativos no material. Os corpos de prova submetidos a 100 graus Celsius e 200 graus Celsius apresentaram pequenas fissuras, mas a estrutura dos poros não mudou. No corpo de prova submetido a 450 graus Celsius muitas fissuras foram observadas. Já no submetido a 650 graus Celsius apresentou um elevado nível de degradação, impossibilitando a realização da microCT após o ensaio. Como conclusão, a pasta de cimento classe G pode ser utilizada para operações com carregamentos cíclicos inferior a 30 por cento da tensão de ruptura e inferior a temperaturas de 200 graus Celsius. Finalmente, a correlação de resultados de testes de DRX, DSC e TGA com as imagens obtidas das microCT mostraram que a desidroxilação do Ca(OH)2 e a degradação do CaCO3 causam alta deterioração para o material em estudo. / [en] Class G oil well cement is frequently used a in oil well cementing operation, which is subjected to various forms of deterioration, affecting its durability. Two of these forms of deterioration is due to cyclic loading and elevated temperatures. In the present study, cylindrical specimens were subjected to cyclic loading of 30, 50 and 70 per cents of the materials ultimate strength and to temperatures of 100 Celsius degrees, 200 Celsius degrees, 450 Celsius degrees and 650 Celsius degrees for one hour. Microcomputed tomography (microCT) was used to generate threedimensional images to visualize the internal structure of the material before and after the tests, and to quantitatively assess the evolution of pore structures and cracking by a computational routine developed. First, the FIJI software was used to reduce noises of images, then the images generated before and after the tests was aligned using the DataViewer software. In the Dragonfly software the voids (pores and fissures) of the images are segmented and quantified, showing the volume and sphericity of the voids of interest.The results of the cyclic load test showed that when the specimen was submitted to 30 per cent of its ultimate strength almost no influence in the internal structure was observed.When the cyclic load was increased to 50 per cent and 70 per cent significant damage to the specimens was noticed. The results of the qualitative and quantitative analysis of the specimen submitted to 100 Celsius degrees and 200 Celsius degrees showed the appearance of small cracks, however, the pore structures did not change. In the specimen subjected to 450 Celsius degrees the appearance of several cracks was visualized. For the sample submitted to 650 Celsius degrees specimen was imposed to the material, making it impossible to visualize in the microCT. As a conclusion, the Class G Oil Well Cement Paste may be used for operations with cyclic loading up to 30 per cent of the ultimate strength with service temperatures up to 200 Celsius degrees. Finally, the dehydroxylation of Ca(OH)2 and degradation of CaCO3 led to high deterioration in this cement paste.

[pt] A lapidação é uma técnica que estabelece a melhor estratégia de corte, isto é, aquela que extrai do volume bruto a maior gema lapidada com o maior valor gemológico. O profissional, a partir de seu conhecimento tácito, observa as configurações únicas de cada gema, identificando a presença e o posicionamento de estruturas como inclusões, trincas e clivagens, assim como zonas e bandas de cor, aspectos que impactam o valor de mercado do produto. O resultado desta observação é inconstante, já que a tarefa é realizada a partir do conhecimento e experiência dos profissionais, que varia de um indivíduo para outro. Neste sentido, propõe-se uma ferramenta auxiliar ao projeto de lapidação: a virtualização da observação de gemas de alto valor gemológico e do posicionamento da pré-forma em seu interior. Uma revisão bibliográfica dos requisitos técnicos e tecnológicos da lapidação é apresentada, assim como foram descritas e comparadas tecnologias para a digitalização e análise de estruturas tridimensionais. As informações reunidas nortearam uma pesquisa experimental, iniciada pela digitalização da morfologia interna e externa de três amostras de topázio imperial por microtomografia computadorizada e processamento digital de imagens. A manipulação interativa de uma pré-forma parametrizada viabiliza a mensuração da quantidade de material desperdiçado durante a formatação, ao mesmo tempo em que estabelece as dimensões básicas do volume aproveitável. Tais dados viabilizam a criação de opções de projetos de facetamento em softwares para este fim, preservando o material até que o corte ideal seja estabelecido, o que é estratégico para materiais de alto valor gemológico. O erro do volume digitalizado foi de 0,1179. Este índice foi obtido comparando o volume digital ao aferido por balança hidrostática de sua amostra real. Uma inspeção visual com especialista avaliou que a superfície externa das gemas é fidedigna à sua digitalização, com exceção das áreas de topo e daquelas que estão em contato com os porta-amostras. Ainda assim, os problemas identificados não são relevantes, já que lapidadores comumente desprezam as partes mencionadas já no início da conformação. O tamanho mínimo do pixel atingido pelos exames de microtomografia foi de 1.3350 um, impedindo que estruturas de menor dimensão fossem capturadas. / [en] Gem cutting is a technique that establishes the best cutting strategy, which can be described as the extraction of the largest gemstone with the highest gemological value from the rough volume. Professionals observe the unique configurations of each gem based on his or her tacit knowledge and identify the position of structures, such as inclusions, cracks, and cleavages, as well as color zoning, which are aspects that impact product market value. The results of these observations are inconstant since the task is carried out based on the knowledge and experience of the professionals, which vary from one individual to another. Thus, an auxiliary tool for gemstone cutting projects is proposed that virtualizes the processes of observing high gemological value gemstones and their preform positioning. A bibliographical review of the technical and technological requirements of lapidary cutting is presented, as well as a description of suitable technologies for three-dimensional digitization and analysis. The gathered information guided an experimental research study, which started by acquiring the internal and external morphology of three imperial topaz samples using computerized microtomography and digital image processing. The interactive manipulation of a parameterized preform allows the amount of wasted material during the preforming phase to be measured, thus concurrently establishing the basic dimensions of a mass suitable for cutting. Such data enables the creation of several faceting projects on the software that preserves the material until the ideal cut is established, which is a beneficial strategy for high gemological value materials. The digitized volume error was 0.1179. This index was obtained by comparing the digital volume of the material to the volume of its physical sample as measured by a hydrostatic scale. A specialist completed a visual inspection that evaluated the outer surface of the gem and determined that it was a reliable cut except for the top areas and those that were in contact with the specimen holders. Nevertheless, the identified problems are not relevant since gem cutters commonly disregard the mentioned areas at the beginning of gemstone conformation. The minimum pixel size reached by microtomography analysis was 1.3350 um, which prevented smaller structures from being captured.

[pt] As tecnologias digitais de fabricação por adição ou subtração têm em si um potencial ainda inexplorado pela indústria joalheira. Por isso, essa dissertação tem como objetivo avaliar as vantagens técnicas e comerciais que podem incentivar a transformação no seu uso pela indústria de joias, inclusive apontando exemplos de iniciativas internacionais e nacionais, estas últimas centradas no Estado do Rio de Janeiro, assinalando assim as razões de seus sucessos e falhas. Através de uma pesquisa bibliográfica se busca determinar as bases históricas e especificações técnicas dos principais processos de produção tradicionais (técnicas manuais tais como o repuxo, a cinzelagem, a modelagem e fundição por cera perdida, entre outras) e digitais (impressão 3D, escaneamento 3D e modelagem digital), para, nesse contexto, seguir-se à experimentação com as tecnologias mais novas, como forma de se buscar a comprovação da existência do potencial técnico e comercial destas tecnologias para o setor joalheiro fluminense que justifiquem essa inovação. / [en] The digital manufacturing technologies by addition or subtraction of material holds an unexplored potential for the jewellery industry. Therefore, this dissertation aims to assess the technical and commercial advantages that can encourage the transformation of its use by the jewellery industry, pointing out examples of international and national enterprises, the latest centered in the Brazilian State of Rio de Janeiro, thus signalizing the reasons of their successes and failures. Through a literature research this work pursuits the historical foundations and the technical specifications of the traditional manual techniques (such as repoussé, chasing, lost wax casting, among others) and digital manufacturing processes (3D printing, 3D scanning and 3D modelling), for, in this context, experimenting with the newest technologies, as a way to seek evidence of its technical and commercial potential for the jewellery industry in Rio de Janeiro that justifies the innovation.

[pt] Pelotas de minério de ferro são formadas a partir da aglomeração de finos de minério e constituem o principal insumo para o processo de redução na indústria siderúrgica. As frações de fases sólidas e de poros afetam propriedades tais como resistência à compressão, permeabilidade a gases durante o processo de redução, e redutibilidade. No presente trabalho desenvolveu-se um método automático para a identificação e a quantificação automáticas das fases sólidas e poros presentes em pelotas de minério de ferro, mediante a correlação de imagens obtidas por duas técnicas diferentes – microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). Imagens em mosaico cobrindo completamente uma seção transversal equatorial da pelota foram capturadas em MO e MEV. Utilizando técnicas de processamento de imagens, as fases e os poros foram identificados e quantificados em cada tipo de imagem. No entanto, cada técnica apresenta limitações na discriminação de certas fases, impedindo uma quantificação completa. Por outro lado, a combinação de imagens dos dois tipos permite discriminar todas as fases. Para isso as imagens de MO e MEV foram automaticamente registradas utilizando pontos de referência homólogos obtidos pela técnica SIFT – Scale Invariant Feature Transform. Após o registro, fases e poros foram individualmente identificadas e quantificadas, levando a resultados muito mais precisos do que os obtidos separadamente. Comparou-se também o resultado de porosidade com o obtido por microtomografia de raios-x (MicroCT). Para isso, um procedimento de correlação identificou a camada de uma tomografia 3D mais similar às imagens de MO ou MEV, foi realizado o registro e mediu-se a fração de área de poros. O valor encontrado foi muito menor na imagem de MicroCT, fato atribuído à pior resolução espacial desta técnica. / [en] Iron ore pellets are formed by an agglomeration process and currently constitute the main source for the reduction process in steel making. The fractions of solid phases and pores directly affect pellets´ properties such as compression resistance, gas permeability during the reduction process, and reducibility. In this work a method for the automatic identification and quantification of phases and pores in iron ore pellets was developed, based on the correlation between images obtained with two different techniques – optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Mosaic images covering the full equatorial cross section of a pellet were acquired with OM and SEM. Employing digital image processing techniques the phases and pores were identified and quantified in each type of image. However, each imaging technique has limitations in the discrimination of certain phases, preventing a full quantification. On the other hand, the combination of the two types of images allows discriminating all phases. For that, OM and SEM images were automatically registered using homologous reference points obtained with the SIFT – Scale Invariant Feature Transform technique. After registration, phases and pores were individually identified and quantified, leading to much more accurate results than those provided separately by OM or SEM. The porosity was also compared with that provided by x-ray MicroCT. For that, a correlation procedure identified the closest matching MicroCT layer to the OM or SEM images, the image was registered and the pore fraction was measured. The obtained value is much lower for the MicroCT image, what was attributed to the worse spatial resolution of the technique.

[pt] A indústria de transporte tem enfrentado rigorosas políticas econômicas e ambientais para a redução do consumo de combustível e consequentemente redução na emissão de CO2. Uma solução promissora para suprir tais exigências encontra-se na redução do peso da estrutura de carros e aviões através do uso de estruturas híbridas. Técnicas de união convencionais geralmente são inadequadas para produzir juntas híbridas de metal e polímero. Sendo assim, tecnologias de junção inovadoras estão sendo desenvolvidas para surprir tais limitações, como por exemplo: União pontual por fricção (FSpJ), rebitagem por fricção (FricRiveting) e união por energia ultra-sônica (U-Joining). Esta dissertação de mestrado foi desenvolvida para avaliar juntas híbridas produzidas com baixo (BAE) e alto aporte energético (AAE). O monitoramento da temperatura, a análise microestrutural, a resistência mecânica e os respectivos modos de falhas das juntas foram avaliados para as três técnicas de fricção. Neste contexto, técnicas de microscopia, microtomografia de raio-x e ensaios de resistência mecânica foram escolhidas para tal finalidade. Juntas de AAE produzidas por união pontual de fricção apresentaram 43 porcento maior resitência mecânica comparado com juntas de BAE e ambas falharam no centro da área de junção. Juntas de AAE produzidas por rebitagem apresentaram 46 porcento maior resitência mecânica e falha do rebite metálico fora da placa polimérica, comparado com juntas de BAE que teve o rebite metálico arrancado da placa polimérica. A resitência ao cisalhamento das juntas de AAE (fratura da placa polimérica) produzidas por energia ultra-sônica foi 85 porcento maior que as juntas de BAE (fratura dos pinos combinado com falhas coesivas e adesivas). / [en] The transportation industry has been facing stringent environmental regulations to decrease fuel consumption and CO2 emissions. A promising solution to fulfill these demands is decreasing the structural weight of vehicles and airplanes by combining lightweight alloys and fiber-reinforced polymers in hybrid structures. Conventional joining technologies are usually inadequate to produce high performance joints. To overcome these limitations, advanced joining technologies are under development such as: Friction Spot Joining (FSpJ), Friction Riveting (FricRiveting) and Ultrasonic Joining (U-Joining). This master dissertation was devised to evaluate FSp, FricRiveting and U-Joining joints produced with different heat input levels (low and high) in terms of process temperature development, microstructural features, quasi-static mechanical performance and the respective failure mechanisms. In this context, microscopy techniques (i.e. optical, confocal laser and scanning electron), X-Ray micro-computed tomography (microCT), lap shear and T-Pull testing were chosen for this purpose. FSp joints produced under HHI joining condition achieved an ultimate lap shear force (ULSF) 43 percent higher than LHI joints, whereas HEI joints produced by FricRiveting process achieved ultimate tensile force (UTF) 46 percent higher than LEI joints. The lap shear strength of ultrasonically joined joints produced under HEI joining condition was up to 85 percent higher than LEI joints. FSp joints failured in the center of the overlap area while friction-riveted joints failured through the rivet (HEI) and full rivet pull-out (LEI). Ultrasonically joined joints failured through the polymer (HEI), whereas LEI joints failured through a combination of shearing of the metallic pins and a mixed cohesive (CF) and adhesive (AF) failure.

[pt] entendimento do macro comportamento dos materiais, este trabalho apresenta soluções inovadoras para a análise de imagens 3D obtidas por microtomografia computadorizada de raios-X (microCT). O material estudado conhecido pelo termo em inglês “strain-hardening cement-based composites” ou pela abreviação SHCC é um compósito cimentício reforçado com fibras que atinge deformações significativas através da formação de múltiplas fissuras, estabelecendo um material cimentício com característica pseudo-dúctil. O primeiro desafio deste trabalho foi reconhecer e quantificar as fases constituintes nas imagens 3D de SHCC obtidas por microCT. Materiais com estruturas complexas podem apresentar imagens em que as fases internas não podem ser distinguidas pela técnica de limiarização clássica, exigindo o uso de outra técnica como a segmentação por Deep Learning (DL). Portanto, este trabalho utilizou DL como solução para esta tarefa. Desta forma, as características de cada fases puderam ser correlacionadas ao comportamento mecânico macro do material em ensaios de microCT in-situ. Outro método moderno de análise de imagens 3D utilizado foi a correlação digital de volume (em inglês, digital volume correlation - DVC). O DVC é uma técnica que estima o campo de deformação sobre todo o volume da amostra, correlacionando as imagens 3D nos estados descarregado e carregado. Assim, as imagens obtidas nos ensaios de tração e compressão in-situ puderam ter seus deslocamentos internos medidos e deformações calculadas. Em síntese, este trabalho trouxe avanços ao campo do processamento digital e análise de imagens 3D, aplicadas a materiais cimentícios, mas que também podem se adaptar à análise de diversos materiais. / [en] Considering the importance of micro and mesoscale analyses to understand the macro behavior of materials, this work brings innovative solutions for analyzing 3D images obtained by X-ray micro-computed tomography (microCT). The studied material was the strain-hardening cement-based composites (SHCC), a fiber reinforced cementitious composite that achieves significant deformations through multiple cracks formation, resulting in a cementitious material with pseudo ductile features. The first challenge of this work was to recognize and quantify the constituent phases in the 3D images of SHCC obtained by microCT. Materials with complex structures may present images in which the internal phases cannot be distinguished by the classical thresholding technique, requiring the use of another technique such as segmentation by Deep Learning (DL). Therefore, this work used DL as a solution for this task. Then, the features of each phase could be correlated to the macro mechanical behavior of the material in in-situ microCT tests. Another modern method for analyzing 3D images used was the digital volume correlation (DVC). DVC is a technique that estimates full-field strain in 3D over the entire volume of the specimen by correlating imaging volumes of the specimen in unloaded and loaded states. Thus, the images obtained from tensile and compression in-situ tests could have their internal displacements measured and strain calculated. In summary, this work brought advances to the 3D image processing and analysis field, applied to cementitious materials, but which could also adapt for the analysis of various materials.