Master thesis deals with the creation of the data visualization measured by 3D laser scanner using the Point Cloud method. Measured data were parameterized after loading for use in programming environment of Microsoft Visual Studio 2010 and in platform XNA. Individual data points forms the center of defined cubes which are displayed and create a scene where is possible to move through a user input in the form of a keyboard or mouse. Created algorithms were analyzed to determine the total running speed of the program, the individual as well as critical sections. The algorithms were optimized to a higher running speed of the program on the basis of analyzed data. Optimization was focused on the selection of retrieved data and on the method of their saving within the program environment. The next optimization process was based on the using of the other method for displaying of measured data points. Individual data points were displayed in form of square 2D texture replacing the cube. This square is rotating according to move of observer. Designed algorithm optimization leads to faster running of the program.

O comportamento geomecânico de túneis em rocha é fortemente influenciado pelas estruturas geológicas (descontinuidades) presentes no maciço. Do ponto de vista geométrico, estas estruturas são caracterizadas por parâmetros que descrevem suas orientações, frequências e comprimentos. Estes parâmetros, na maioria dos casos, são determinados em campanhas de campo, com bússola geológica e trena. Entretanto, limitações de tempo e acesso dificultam a execução destes trabalhos, impossibilitando a obtenção de números elevados de dados, que possibilitam análises estatísticas mais complexas. Para superar estas dificuldades, no presente estudo, o mapeamento das descontinuidades foi realizado em imagens do túnel Monte Seco, pertencente a Estrada de Ferro Vitória Minas (EFVM), obtidas por scanner a laser 3D. Neste mapeamento, tanto a orientação, quanto a posição e o comprimento dos traços das descontinuidades foram determinados com boa precisão, possibilitando a verificação da distribuição da intensidade de fraturamento de diferentes trechos, ao longo do túnel. Utilizando estes trechos diferenciados pela intensidade de fraturamento, foram elaboradas análises estatísticas mais complexas e adequadas (por janelas de amostragem e linhas de varredura) para determinação da orientação, comprimento médio dos traços e espaçamentos médios das famílias de descontinuidades. Com os parâmetros geométricos das descontinuidades, o modelo probabilístico de blocos rígidos foi construído, utilizando o software 3DEC. Assim, os parâmetros mecânicos das descontinuidades foram estimados utilizando correlações empíricas (a partir de descrições do maciço rochoso realizadas em mapeamentos geológicos por dentro do túnel), além de alguns ensaios de campo e laboratório. As análises com este modelo foram executadas para verificação da queda de blocos, e comparadas com as seções atuais do túnel. Os resultados indicaram que diferentes critérios de ruptura devem ser utilizados para diferentes tipos de descontinuidades (fraturas e foliação), e evidenciaram a importância de estimativas mais coerentes de parâmetros geométricos das descontinuidades nos resultados finais das análises. / The geomechanical behaviour of rock tunnels is strongly influenced by geological structures in the rock mass. Rock discontinuities are geometrically characterized by parameters that describes their orientations, frequency and lengths. In most cases, these parameters are determined in field inspections, using geological compass and measuring tapes. However, timeframes and access limitation hinder this procedure, making it impossible to obtain large amount of data that allow complex statistical analysis. To overcome these difficulties, here the discontinuity mapping was performed using images of the Monte Seco tunnel, obtained by 3D terrestrial laser scanning. In this case, the orientation, position and trace length of each discontinuity was determined with precision, allowing the verification of the fracture intensity distribution in different parts of the tunnel. Using these parts (differentiated by its fracture intensities), statistical analyses were performed, using sampling windows and scanlines, in order to determine the orientation mean trace length and spacing of discontinuity sets. Once the geometrical parameters of discontinuity sets were determined, a probabilistic model of rigid blocks was generated, using the 3DEC software. Thus, the mechanical parameters of discontinuity sets were estimated by empirical correlations (performed using descriptions of the rock mass obtained during geological inspections in the tunnel), and some laboratory and field tests. The analyses with this model were performed to verify the instability of blocks (block falls), and compared with actual cross sections of the tunnel. The results indicate that different failure criteria must be used for different discontinuity types (fractures and foliation), and revealed the importance of consistent estimated of geometrical parameters of discontinuity sets.

O comportamento geomecânico de túneis em rocha é fortemente influenciado pelas estruturas geológicas (descontinuidades) presentes no maciço. Do ponto de vista geométrico, estas estruturas são caracterizadas por parâmetros que descrevem suas orientações, frequências e comprimentos. Estes parâmetros, na maioria dos casos, são determinados em campanhas de campo, com bússola geológica e trena. Entretanto, limitações de tempo e acesso dificultam a execução destes trabalhos, impossibilitando a obtenção de números elevados de dados, que possibilitam análises estatísticas mais complexas. Para superar estas dificuldades, no presente estudo, o mapeamento das descontinuidades foi realizado em imagens do túnel Monte Seco, pertencente a Estrada de Ferro Vitória Minas (EFVM), obtidas por scanner a laser 3D. Neste mapeamento, tanto a orientação, quanto a posição e o comprimento dos traços das descontinuidades foram determinados com boa precisão, possibilitando a verificação da distribuição da intensidade de fraturamento de diferentes trechos, ao longo do túnel. Utilizando estes trechos diferenciados pela intensidade de fraturamento, foram elaboradas análises estatísticas mais complexas e adequadas (por janelas de amostragem e linhas de varredura) para determinação da orientação, comprimento médio dos traços e espaçamentos médios das famílias de descontinuidades. Com os parâmetros geométricos das descontinuidades, o modelo probabilístico de blocos rígidos foi construído, utilizando o software 3DEC. Assim, os parâmetros mecânicos das descontinuidades foram estimados utilizando correlações empíricas (a partir de descrições do maciço rochoso realizadas em mapeamentos geológicos por dentro do túnel), além de alguns ensaios de campo e laboratório. As análises com este modelo foram executadas para verificação da queda de blocos, e comparadas com as seções atuais do túnel. Os resultados indicaram que diferentes critérios de ruptura devem ser utilizados para diferentes tipos de descontinuidades (fraturas e foliação), e evidenciaram a importância de estimativas mais coerentes de parâmetros geométricos das descontinuidades nos resultados finais das análises. / The geomechanical behaviour of rock tunnels is strongly influenced by geological structures in the rock mass. Rock discontinuities are geometrically characterized by parameters that describes their orientations, frequency and lengths. In most cases, these parameters are determined in field inspections, using geological compass and measuring tapes. However, timeframes and access limitation hinder this procedure, making it impossible to obtain large amount of data that allow complex statistical analysis. To overcome these difficulties, here the discontinuity mapping was performed using images of the Monte Seco tunnel, obtained by 3D terrestrial laser scanning. In this case, the orientation, position and trace length of each discontinuity was determined with precision, allowing the verification of the fracture intensity distribution in different parts of the tunnel. Using these parts (differentiated by its fracture intensities), statistical analyses were performed, using sampling windows and scanlines, in order to determine the orientation mean trace length and spacing of discontinuity sets. Once the geometrical parameters of discontinuity sets were determined, a probabilistic model of rigid blocks was generated, using the 3DEC software. Thus, the mechanical parameters of discontinuity sets were estimated by empirical correlations (performed using descriptions of the rock mass obtained during geological inspections in the tunnel), and some laboratory and field tests. The analyses with this model were performed to verify the instability of blocks (block falls), and compared with actual cross sections of the tunnel. The results indicate that different failure criteria must be used for different discontinuity types (fractures and foliation), and revealed the importance of consistent estimated of geometrical parameters of discontinuity sets.

L’utilisation de scanners 3D permet d’obtenir, en fin de chaîne de traitement, des modèles tridimensionnels de haute résolution d’objets ou de sites. Ces modèles combinent une représentation formée d’un très grand nombre de points, couplée avec des textures photographiques pour simuler au mieux la réalité. Ils peuvent servir de base à de futures recherches, au calcul de diverses informations, à des propositions de restitutions, comme illustration, ou encore à l’archivage.Pour pouvoir être manipulées et exploitées, il est nécessaire de corriger ces données. Différents traitements doivent ainsi être appliqués :la suppression des défauts dus au processus de digitalisation ou à l’environnement de numérisation, la mise en correspondance de balayages partiels, l’élimination des objets parasites ou encore l’homogénéisation de l’aspect des surfaces. Les méthodes actuelles ne permettent pas d’effectuer aisément ces traitements de manière rapide et performante. Elles requièrent de nombreuses interventions manuelles, souvent lourdes et fastidieuses.Cette thèse vise à définir une méthodologie et à fournir les algorithmes et les outils nécessaires au post-traitement de ces acquisitions tridimensionnelles de grande taille, de manière automatisée tout en tenant compte des volumes de données à manipuler. Une structure de données adaptée au problème est proposée ainsi qu’une base d’outils destinée au traitement de volumes importants de points, en considérant la mémoire nécessaire et le temps de calcul requis. Nous proposons sur cette base une chaîne de traitement pour gérer les erreurs géométriques, liées au processus de numérisation, ainsi que les problèmes de colorisation, liés à l’acquisition de photographies dans des conditions variables (éclairage non contrôlé). Nous pouvons identifier quatre types d’erreurs géométriques qui vont ainsi être traitées :le bruit de mesure, la présence de valeurs aberrantes, les trainées de points et les inconsistances dans le modèle. La colorisation se base sur l’utilisation de l’ensemble des photographies effectuées sur le terrain en tenant compte de la variabilité des conditions d’acquisition (éclairage naturel, présence d’ombres, risque de surexposition, ). La solution proposée est compatible avec un calcul en temps réel comparativement à la durée d’acquisition sur le terrain, permettant d’obtenir des informations pertinentes pour guider le travail de terrain. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The pipeline industry has conducted a vast amount of research on the subject of mechanical damage. Mechanical damage makes up a large portion of the total amount of pipeline failures that occur each year. The current methods rely on engineering judgment and experience rather than scientific theory. The method for the assessment of mechanical damage introduced in this study uses a material property called critical strain to predict the onset of cracking within the pipe wall. The critical strain is compared to the strain within a dent using a ductile failure damage indicator (DFDI). To investigate the use of the DFDI to indicate the onset of cracking within a dent, the study attempted to accomplish three tasks. The first was to investigate the use of various techniques to locate the critical strain from the stress-strain curve. Five samples taken from the pipe material was used to generate both engineering and true stress-strain curves. A sensitivity analysis was conducted to show the effects of different variables on the critical strain value. The DFDI compares the critical strain value to the calculated strain at the deepest depth location within a dent. The strain calculations use the curvature of the dent and thus require a dent profile. A high resolution laser scanner was used to extract dent profiles from a pipe. The second task of the study was to investigate the reliability of the laser scanner equipment used for this study. The results from the investigation showed that the laser scanner could be used to scan the inside of the pipe despite its design for external scanning. The results also showed that the scans should be 1 mm in length along the axis of the pipe at a resolution of 0.5 mm and 360 degrees around the pipe. The final task was to conduct the denting test. The test used a spherical indenter to dent the pipe at increments of 3% of the outside diameter. The results from the test showed that a visible crack did not form on the inside pipe surface as expected from the DFDI method. This does not mean a crack did not form. During the denting test distinct popping sounds were observed possibly indicating cracks forming within the pipe wall.

A importância do aprofundamento dos estudos sobre argamassas de revestimento justifica-se por este ser um material muito utilizado internamente e externamente em edificações brasileiras, no entanto, ainda apresentar grande quantidade de manifestações patológicas. Estudos sobre os mecanismos envolvidos no desenvolvimento da aderência das mesmas vêm sendo realizados por pesquisadores nacional e internacionalmente, com o intuito de compreender as interações que ocorrem entre a argamassa e os substratos. Neste contexto, o principal objetivo desta pesquisa consiste em determinar a influência dos parâmetros reológicos de argamassas, da energia de aplicação e da tensão superficial dos substratos na área de contato na interface argamassa/substrato. Os objetivos secundários consistem em caracterizar diferentes argamassas através do squeeze-flow e reometria rotacional, verificar a influência da distribuição granulométrica nos parâmetros reológicos, verificar a influência da energia de aplicação no desenvolvimento da área de contato da interface argamassa/substrato e desenvolver metodologia para a quantificação da área de contato da interface argamassa/substrato. Para atingir estes objetivos, foi montada uma matriz experimental com argamassas de três diferentes proporcionamentos, quais sejam: 1:0:3 (A3), 1:1:6 (A6), e 1:2:9 (A9) (cimento:cal:areia, materiais secos, em volume). Estes proporcionamentos foram confeccionados com cimento Portland CPIV, cal hidratada CHI e três composições granulométricas (CG) de agregado miúdo. As areias passantes nas peneiras, 1,2, 0,6, 0,3 e 0,15mm foram compostas com 25% de cada uma das frações para a CG1, 10% das frações extremas e 40% das frações intermediárias para a CG2 e 40% das frações extremas e 10% das frações intermediárias para a CG3. Por fim, cada uma das argamassas proporcionadas com as diferentes CG foram dosadas para o índice de consistência de 240 mm. Depois de caracterizadas quanto as suas propriedades no estado fresco e endurecido, as argamassas foram submetidas a ensaios reológicos de squeeze-flow (NBR 15839/2010) e reometria rotacional. Para a avaliação da área de contato das argamassas sobre os substratos, foram escolhidos três substratos com acabamento superficial liso e sem absorção significativa e com diferentes ângulos de contato: o vidro, o acrílico e o polietileno. Cada uma das argamassas dosadas foi lançada sobre estes substratos, dispostos em gabaritos de madeira, a alturas de queda de 30 e 100 cm, através da caixa de queda. Por fim, as argamassas foram descoladas dos substratos e foi realizada a digitalização tridimensional a laser, através de scanner 3D, onde as áreas sem contato das argamassas foram quantificadas com a utilização dos softwares Geomagic Studio e Photoshop. Os resultados mostraram que o uso do scanner 3D associado à análise de imagens através de softwares de fácil manuseio e interpretação mostra-se como uma boa técnica de análise da área de contato. Quanto aos proporcionamentos de argamassas propostos, a alteração da faixa granulométrica da areia demonstrou-se uma boa estratégia no sentido de alterar a reologia das argamassas. A seleção dos substratos mostrou-se eficaz no sentido de reproduzir superfícies com ângulos de contato distintos, potencialmente hidrofóbicas e potencialmente hidrofílicas e pode-se notar através das alturas de queda escolhidas influenciam nos demais parâmetros de avaliação em função desta alteração da energia de lançamento. Todos as variáveis controláveis foram significativamente influentes na área de contato na interface argamassa/substrato, sendo que a mais significativa foi o proporcionamento das argamassas. Além disso, constatou-se que maiores energias de aplicação resultam em maiores áreas de contato desde que o substrato aonde a argamassa for aplicada seja favorável ao espalhamento, por fim, foi possível concluir que o empacotamento das partículas e o coeficiente de uniformidade exercem grande influência na viscosidade das argamassas, sendo que área de contato da interface mostrou ser inversamente proporcional à viscosidade. / This study assesses the influence of the granulometric composition of sand, application energy and the superficial tension of substrates on the contact area of rendering mortars. Three substrates with distinct wetting behaviors were selected through preliminary analysis, three non-absorbent substrates with different wettability ratings were chosen: glass, acrylic, and polypropylene. Mortars were prepared with different proportioning and sand compositions. The compositions of 1:0:3 (A3), 1:1:6 (A6) and 1:2:9 (A9) (cement: hydrated lime: dry sand) were produced according to the Brazilian Standard NBR 13276/2005, for a 240 mm consistence index, all of them, with grains retained in sieves #1.2; 0.6; 0.3 and 0.15 mm. The first composition (CG1, unitary mass 1.51 g/cm³) consists of equal fractions of each sieve, 25% for each. The second (CG2, unitary mass 1.48 g/cm³), with 10%, 40%, 40% and 10% from sieve respectively, and third (CG3, unitary mass 1.54 g/cm³) with 40%, 10%, 10% and 40% from sieve, respectively. Characterization tests were performed on fresh and hardened mortars, as well as a rheological characterization. Mortars were applied on substrates with two different energies. The interfacial area was then digitized with a 3D scanner. Results show that 3D scanning proved to be an appropriate method for real contact area measurement. Additionally, all variables have interfacial contact influence, in terms of the contact area development, among which the most significant was mortar proportioning. Furthermore, it was found that higher applying energy results in larger interfacial contact areas since substrate where the mortar is applied has favorable wettability. Finally, it was concluded that the particles packing and uniformity coefficient greatly influence the mortar viscosity, and interface contact area was found to be inversely proportional to viscosity.

A importância do aprofundamento dos estudos sobre argamassas de revestimento justifica-se por este ser um material muito utilizado internamente e externamente em edificações brasileiras, no entanto, ainda apresentar grande quantidade de manifestações patológicas. Estudos sobre os mecanismos envolvidos no desenvolvimento da aderência das mesmas vêm sendo realizados por pesquisadores nacional e internacionalmente, com o intuito de compreender as interações que ocorrem entre a argamassa e os substratos. Neste contexto, o principal objetivo desta pesquisa consiste em determinar a influência dos parâmetros reológicos de argamassas, da energia de aplicação e da tensão superficial dos substratos na área de contato na interface argamassa/substrato. Os objetivos secundários consistem em caracterizar diferentes argamassas através do squeeze-flow e reometria rotacional, verificar a influência da distribuição granulométrica nos parâmetros reológicos, verificar a influência da energia de aplicação no desenvolvimento da área de contato da interface argamassa/substrato e desenvolver metodologia para a quantificação da área de contato da interface argamassa/substrato. Para atingir estes objetivos, foi montada uma matriz experimental com argamassas de três diferentes proporcionamentos, quais sejam: 1:0:3 (A3), 1:1:6 (A6), e 1:2:9 (A9) (cimento:cal:areia, materiais secos, em volume). Estes proporcionamentos foram confeccionados com cimento Portland CPIV, cal hidratada CHI e três composições granulométricas (CG) de agregado miúdo. As areias passantes nas peneiras, 1,2, 0,6, 0,3 e 0,15mm foram compostas com 25% de cada uma das frações para a CG1, 10% das frações extremas e 40% das frações intermediárias para a CG2 e 40% das frações extremas e 10% das frações intermediárias para a CG3. Por fim, cada uma das argamassas proporcionadas com as diferentes CG foram dosadas para o índice de consistência de 240 mm. Depois de caracterizadas quanto as suas propriedades no estado fresco e endurecido, as argamassas foram submetidas a ensaios reológicos de squeeze-flow (NBR 15839/2010) e reometria rotacional. Para a avaliação da área de contato das argamassas sobre os substratos, foram escolhidos três substratos com acabamento superficial liso e sem absorção significativa e com diferentes ângulos de contato: o vidro, o acrílico e o polietileno. Cada uma das argamassas dosadas foi lançada sobre estes substratos, dispostos em gabaritos de madeira, a alturas de queda de 30 e 100 cm, através da caixa de queda. Por fim, as argamassas foram descoladas dos substratos e foi realizada a digitalização tridimensional a laser, através de scanner 3D, onde as áreas sem contato das argamassas foram quantificadas com a utilização dos softwares Geomagic Studio e Photoshop. Os resultados mostraram que o uso do scanner 3D associado à análise de imagens através de softwares de fácil manuseio e interpretação mostra-se como uma boa técnica de análise da área de contato. Quanto aos proporcionamentos de argamassas propostos, a alteração da faixa granulométrica da areia demonstrou-se uma boa estratégia no sentido de alterar a reologia das argamassas. A seleção dos substratos mostrou-se eficaz no sentido de reproduzir superfícies com ângulos de contato distintos, potencialmente hidrofóbicas e potencialmente hidrofílicas e pode-se notar através das alturas de queda escolhidas influenciam nos demais parâmetros de avaliação em função desta alteração da energia de lançamento. Todos as variáveis controláveis foram significativamente influentes na área de contato na interface argamassa/substrato, sendo que a mais significativa foi o proporcionamento das argamassas. Além disso, constatou-se que maiores energias de aplicação resultam em maiores áreas de contato desde que o substrato aonde a argamassa for aplicada seja favorável ao espalhamento, por fim, foi possível concluir que o empacotamento das partículas e o coeficiente de uniformidade exercem grande influência na viscosidade das argamassas, sendo que área de contato da interface mostrou ser inversamente proporcional à viscosidade. / This study assesses the influence of the granulometric composition of sand, application energy and the superficial tension of substrates on the contact area of rendering mortars. Three substrates with distinct wetting behaviors were selected through preliminary analysis, three non-absorbent substrates with different wettability ratings were chosen: glass, acrylic, and polypropylene. Mortars were prepared with different proportioning and sand compositions. The compositions of 1:0:3 (A3), 1:1:6 (A6) and 1:2:9 (A9) (cement: hydrated lime: dry sand) were produced according to the Brazilian Standard NBR 13276/2005, for a 240 mm consistence index, all of them, with grains retained in sieves #1.2; 0.6; 0.3 and 0.15 mm. The first composition (CG1, unitary mass 1.51 g/cm³) consists of equal fractions of each sieve, 25% for each. The second (CG2, unitary mass 1.48 g/cm³), with 10%, 40%, 40% and 10% from sieve respectively, and third (CG3, unitary mass 1.54 g/cm³) with 40%, 10%, 10% and 40% from sieve, respectively. Characterization tests were performed on fresh and hardened mortars, as well as a rheological characterization. Mortars were applied on substrates with two different energies. The interfacial area was then digitized with a 3D scanner. Results show that 3D scanning proved to be an appropriate method for real contact area measurement. Additionally, all variables have interfacial contact influence, in terms of the contact area development, among which the most significant was mortar proportioning. Furthermore, it was found that higher applying energy results in larger interfacial contact areas since substrate where the mortar is applied has favorable wettability. Finally, it was concluded that the particles packing and uniformity coefficient greatly influence the mortar viscosity, and interface contact area was found to be inversely proportional to viscosity.

A importância do aprofundamento dos estudos sobre argamassas de revestimento justifica-se por este ser um material muito utilizado internamente e externamente em edificações brasileiras, no entanto, ainda apresentar grande quantidade de manifestações patológicas. Estudos sobre os mecanismos envolvidos no desenvolvimento da aderência das mesmas vêm sendo realizados por pesquisadores nacional e internacionalmente, com o intuito de compreender as interações que ocorrem entre a argamassa e os substratos. Neste contexto, o principal objetivo desta pesquisa consiste em determinar a influência dos parâmetros reológicos de argamassas, da energia de aplicação e da tensão superficial dos substratos na área de contato na interface argamassa/substrato. Os objetivos secundários consistem em caracterizar diferentes argamassas através do squeeze-flow e reometria rotacional, verificar a influência da distribuição granulométrica nos parâmetros reológicos, verificar a influência da energia de aplicação no desenvolvimento da área de contato da interface argamassa/substrato e desenvolver metodologia para a quantificação da área de contato da interface argamassa/substrato. Para atingir estes objetivos, foi montada uma matriz experimental com argamassas de três diferentes proporcionamentos, quais sejam: 1:0:3 (A3), 1:1:6 (A6), e 1:2:9 (A9) (cimento:cal:areia, materiais secos, em volume). Estes proporcionamentos foram confeccionados com cimento Portland CPIV, cal hidratada CHI e três composições granulométricas (CG) de agregado miúdo. As areias passantes nas peneiras, 1,2, 0,6, 0,3 e 0,15mm foram compostas com 25% de cada uma das frações para a CG1, 10% das frações extremas e 40% das frações intermediárias para a CG2 e 40% das frações extremas e 10% das frações intermediárias para a CG3. Por fim, cada uma das argamassas proporcionadas com as diferentes CG foram dosadas para o índice de consistência de 240 mm. Depois de caracterizadas quanto as suas propriedades no estado fresco e endurecido, as argamassas foram submetidas a ensaios reológicos de squeeze-flow (NBR 15839/2010) e reometria rotacional. Para a avaliação da área de contato das argamassas sobre os substratos, foram escolhidos três substratos com acabamento superficial liso e sem absorção significativa e com diferentes ângulos de contato: o vidro, o acrílico e o polietileno. Cada uma das argamassas dosadas foi lançada sobre estes substratos, dispostos em gabaritos de madeira, a alturas de queda de 30 e 100 cm, através da caixa de queda. Por fim, as argamassas foram descoladas dos substratos e foi realizada a digitalização tridimensional a laser, através de scanner 3D, onde as áreas sem contato das argamassas foram quantificadas com a utilização dos softwares Geomagic Studio e Photoshop. Os resultados mostraram que o uso do scanner 3D associado à análise de imagens através de softwares de fácil manuseio e interpretação mostra-se como uma boa técnica de análise da área de contato. Quanto aos proporcionamentos de argamassas propostos, a alteração da faixa granulométrica da areia demonstrou-se uma boa estratégia no sentido de alterar a reologia das argamassas. A seleção dos substratos mostrou-se eficaz no sentido de reproduzir superfícies com ângulos de contato distintos, potencialmente hidrofóbicas e potencialmente hidrofílicas e pode-se notar através das alturas de queda escolhidas influenciam nos demais parâmetros de avaliação em função desta alteração da energia de lançamento. Todos as variáveis controláveis foram significativamente influentes na área de contato na interface argamassa/substrato, sendo que a mais significativa foi o proporcionamento das argamassas. Além disso, constatou-se que maiores energias de aplicação resultam em maiores áreas de contato desde que o substrato aonde a argamassa for aplicada seja favorável ao espalhamento, por fim, foi possível concluir que o empacotamento das partículas e o coeficiente de uniformidade exercem grande influência na viscosidade das argamassas, sendo que área de contato da interface mostrou ser inversamente proporcional à viscosidade. / This study assesses the influence of the granulometric composition of sand, application energy and the superficial tension of substrates on the contact area of rendering mortars. Three substrates with distinct wetting behaviors were selected through preliminary analysis, three non-absorbent substrates with different wettability ratings were chosen: glass, acrylic, and polypropylene. Mortars were prepared with different proportioning and sand compositions. The compositions of 1:0:3 (A3), 1:1:6 (A6) and 1:2:9 (A9) (cement: hydrated lime: dry sand) were produced according to the Brazilian Standard NBR 13276/2005, for a 240 mm consistence index, all of them, with grains retained in sieves #1.2; 0.6; 0.3 and 0.15 mm. The first composition (CG1, unitary mass 1.51 g/cm³) consists of equal fractions of each sieve, 25% for each. The second (CG2, unitary mass 1.48 g/cm³), with 10%, 40%, 40% and 10% from sieve respectively, and third (CG3, unitary mass 1.54 g/cm³) with 40%, 10%, 10% and 40% from sieve, respectively. Characterization tests were performed on fresh and hardened mortars, as well as a rheological characterization. Mortars were applied on substrates with two different energies. The interfacial area was then digitized with a 3D scanner. Results show that 3D scanning proved to be an appropriate method for real contact area measurement. Additionally, all variables have interfacial contact influence, in terms of the contact area development, among which the most significant was mortar proportioning. Furthermore, it was found that higher applying energy results in larger interfacial contact areas since substrate where the mortar is applied has favorable wettability. Finally, it was concluded that the particles packing and uniformity coefficient greatly influence the mortar viscosity, and interface contact area was found to be inversely proportional to viscosity.

Depuis des décennies, les chercheurs essaient de développer des systèmes intelligents pour les véhicules modernes, afin de rendre la conduite plus sûre et plus confortable. Ces systèmes peuvent conduire automatiquement le véhicule ou assister un conducteur en le prévenant et en l'assistant en cas de situations dangereuses. Contrairement aux conducteurs, ces systèmes n'ont pas de contraintes physiques ou psychologiques et font preuve d'une grande robustesse dans des conditions extrêmes. Un composant clé de ces systèmes est la fiabilité de la perception de l'environnement. Pour cela, les capteurs lasers sont très populaires et largement utilisés. Les capteurs laser 2D classiques ont des limites qui sont souvent compensées par l'ajout d'autres capteurs complémentaires comme des caméras ou des radars. Les avancées récentes dans le domaine des capteurs, telles que les capteurs laser 3D qui perçoivent l'environnement avec une grande résolution spatiale, ont montré qu'ils étaient une solution intéressante afin d'éviter l'utilisation de plusieurs capteurs. Bien qu'il y ait des méthodes bien connues pour la perception avec des capteurs laser 2D, les approches qui utilisent des capteurs lasers 3D sont relativement rares dans la littérature. De plus, la plupart d'entre elles utilisent plusieurs capteurs et réduisent le problème de la 3ème dimension en projetant les données 3D sur un plan et utilisent les méthodes classiques de perception 2D. Au contraire de ces approches, ce travail résout le problème en utilisant uniquement un capteur laser 3D et en utilisant les informations spatiales fournies par ce capteur. Notre première contribution est une extension des méthodes génériques de cartographie 3D fondée sur des grilles d'occupations optimisées pour résoudre le problème de cartographie et de localisation simultanée (SLAM en anglais). En utilisant des grilles d'occupations 3D, nous définissons une carte d'élévation pour la segmentation des données laser correspondant au sol. Pour corriger les erreurs de positionnement, nous utilisons une méthode incrémentale d'alignement des données laser. Le résultat forme la base pour le reste de notre travail qui constitue nos contributions les plus significatives. Dans la deuxième partie, nous nous focalisons sur la détection et le suivi des objets mobiles (DATMO en anglais). La deuxième contribution de ce travail est une méthode pour distinguer les objets dynamiques des objets statiques. L'approche proposée utilise une détection fondée sur le mouvement et sur des techniques de regroupement pour identifier les objets mobiles à partir de la grille d'occupations 3D. La méthode n'utilise pas de modèles spécifiques d'objets et permet donc la détection de tout type d'objets mobiles. Enfin, la troisième contribution est une méthode nouvelle pour classer les objets mobiles fondée sur une technique d'apprentissage supervisée. La contribution finale est une méthode pour suivre les objets mobiles en utilisant l'algorithme de Viterbi pour associer les nouvelles observations avec les objets présents dans l'environnement, Dans la troisième partie, l'approche propose est testée sur des jeux de données acquis à partir d'un capteur laser 3D monté sur le toit d'un véhicule qui se déplace dans différents types d'environnement incluant des environnements urbains, des autoroutes et des zones piétonnes. Les résultats obtenus montrent l'intérêt du système intelligent proposé pour la cartographie et la localisation simultanée ainsi que la détection et le suivi d'objets mobiles en environnement extérieur et dynamique en utilisant un capteur laser 3D. / With an anticipation to make driving experience safer and more convenient, over the decades, researchers have tried to develop intelligent systems for modern vehicles. The intended systems can either drive automatically or monitor a human driver and assist him in navigation by warning in case of a developing dangerous situation. Contrary to the human drivers, these systems are not constrained by many physical and psychological limitations and therefore prove more robust in extreme conditions. A key component of an intelligent vehicle system is the reliable perception of the environment. Laser range finders have been popular sensors which are widely used in this context. The classical 2D laser scanners have some limitations which are often compensated by the addition of other complementary sensors including cameras and radars. The recent advent of new sensors, such as 3D laser scanners which perceive the environment at a high spatial resolution, has proven to be an interesting addition to the arena. Although there are well-known methods for perception using 2D laser scanners, approaches using a 3D range scanner are relatively rare in literature. Most of those which exist either address the problem partially or augment the system with many other sensors. Surprisingly, many of those rely on reducing the dimensionality of the problem by projecting 3D data to 2D and using the well-established methods for 2D perception. In contrast to these approaches, this work addresses the problem of vehicle perception using a single 3D laser scanner. First contribution of this research is made by the extension of a generic 3D mapping framework based on an optimized occupancy grid representation to solve the problem of simultaneous localization and mapping (SLAM). Using the 3D occupancy grid, we introduce a variance-based elevation map for the segmentation of range measurements corresponding to the ground. To correct the vehicle location from odometry, we use a grid-based incremental scan matching method. The resulting SLAM framework forms a basis for rest of the contributions which constitute the major achievement of this work. After obtaining a good vehicle localization and a reliable map with ground segmentation, we focus on the detection and tracking of moving objects (DATMO). The second contribution of this thesis is the method for discriminating between the dynamic objects and the static environment. The presented approach uses motion-based detection and density-based clustering for segmenting the moving objects from 3D occupancy grid. It does not use object specific models but enables detecting arbitrary traffic participants. Third contribution is an innovative method for layered classification of the detected objects based on supervised learning technique which makes it easier to estimate their position with time. Final contribution is a method for tracking the detected objects by using Viterbi algorithm to associate the new observations with the existing objects in the environment. The proposed framework is verified with the datasets acquired from a laser scanner mounted on top of a vehicle moving in different environments including urban, highway and pedestrian-zone scenarios. The promising results thus obtained show the applicability of the proposed system for simultaneous localization and mapping with detection, classification and tracking of moving objects in dynamic outdoor environments using a single 3D laser scanner.

本研究以雷射掃描儀作為掃描建築物之工具，採用三維球型覘標作為相鄰測站間之共軛覘標，探討雷射掃描儀對於不同尺寸之共軛覘標在不同掃描距離條件下之球心坐標精度；及利用檢校場之固定樁位，求得雷射掃描儀與各覘標之距離誤差量，並建立距離誤差量改正模式；最後，提出最佳之掃描方式。 本研究分別選定三個場地作為不同實驗區，先選定一處室內場，以三種尺寸之三維共軛球型覘標，規劃距離儀器原點5公尺至40公尺，以每5公尺之等距離方式分布，並依序掃描，以求得球心坐標精度；再選定台中國土測繪中心之距離標準基線場，以雷射掃描儀直接掃描三段距離，分別為5公尺、23公尺及31公尺，以求得掃描儀之距離誤差；最後選定一建物，以一般掃描及較佳掃描之方式各別進行建築物掃描，以分析兩者間之效益。 依成果顯示，於相同掃描距離下，三維共軛球型覘標尺寸越小，其球心坐標精度越差；相同三維共軛球型覘標之尺寸，其球心坐標精度將隨著掃描距離增加而越差。另外，透過距離檢校場，可得知該儀器之系統性誤差，並建立其距離誤差改正模式，用以改正所獲取之點雲之系統性誤差，以提升三維點雲模型之精度。 最後將較佳掃描之方式與一般掃描情況下，進行實際掃描並比較分析兩者之數據，依成果顯示，於一般掃描作業及較佳掃描作業情況下，直徑14.5公分之三維共軛球型覘標較直徑12公分之三維共軛球型覘標，皆節省25％之掃描時間。而兩者之點雲模型精度相仿，且皆符合建築掃描精度要求於1 cm內之精度，可以得知最佳掃描效益能夠縮短掃描作業時間，並提升點雲模型之精度。 / This research uses laser scanner as the scanning tool, and 3D sphere marker as the conjugated marker between neighborhood stations, to investigate the accuracy of sphere center coordinates of different-sized 3D sphere markers at different scanning distances; calculate the distance errors between laser scanner and every marker with the fixed survey stations in the calibration field and establish distance error correction formula. At last, propose the best way to scan buildings according to the experiment results. Three different fields are selected as experiment areas. First, choose an indoor field, and scan three different-sized conjugated 3D sphere markers. Every conjugated marker is scanned at distances of 5 to 40 m at an interval of 5 m. Second, choose the standard baseline field of National Land Surveying and Mapping Center in Taichung as the experiment area, and use laser scanner to measure the distances of 5, 23 and 31 m to calculate scanning distance errors. At last, choose a building as scanning target, scan it in general way and efficient way respectively, and analyze the differences between the two methods. According to experiment results, the smaller the conjugated 3D sphere marker is, the worse the accuracy of sphere center coordinate will be at the same scanning distance; as the scanning distance gets longer, the accuracy of sphere center coordinate will decrease with the same size conjugated 3D sphere marker. On the other hand, the systematic error of the instrument can be known through the distance calibration field. With a known systematic error, a distance correction formula is established to correct the systematic error of the point cloud, and hence improve the accuracy of 3D point cloud model. Eventually, compare and analyze the differences of the results getting by the most efficient way and the general way of scanning. The results show that both scanning methods save 25% scanning time using 14.5-cm-diameter conjugated 3D sphere marker compare to using 12-cm-diameter conjugated 3D sphere marker. And the data represent that the point cloud models in the two situations have similar accuracy, and the accuracy of each model is better than 1 cm, which means they both meet the precision requirement of building scanning. Consequently, the most efficient way of scanning mentioned in this research can shorten the time of scanning work and improve the accuracy of point cloud model.