Orientador: Eduardo Norberto Codaro / Resumo: Este trabalho teve como objetivo de realizar a investigar da influência da deformação plástica a frio no processo corrosivo de tubulação de oleoduto em contato com agua do mar. As tubulações de transporte de petróleo são submetidas a ambientes altamente corrosivos no fundo do mar, sendo que concomitantemente estas sofrem deformações plásticas durante sua utilização, fato este que altera suas propriedades mecânicas, o que faz que tal fenômeno seja passível de um estudo mais detalhado a respeito. Para realizar este estudo se retirou amostras de um tubo constituído pelo aço X65 e de acordo com a norma API 5L, fabricado para a indústria petrolífera para ser usado no transporte do óleo, tais amostras foram submetidas a um processo de deformação a frio até atingir a região plástica nos percentuais de 0,5%; 1,0%; 1,5%; 2,0% e 2,5%, acima do limite de escoamento em um equipamento para ensaio de tração. Para avaliar o processo corrosivo foi realizado ensaios eletroquímicos laboratoriais com o intuito de caracterizar qualitativamente e quantitativamente o processo corrosivo deste aço em solução de agua do mar sintética normatizada além de estudar a influência do oxigênio no processo de corrosão neste aço. Foi utilizado as técnicas eletroquímicas de Potencial em circuito aberto, polarização por Tafel e Espectroscopia de impedância eletroquímica, verificando que a deformação plástica não apresentou variação significativa proveniente da deformação plástica, além do aumento continuo da cor... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this work was to investigate the influence of cold plastic deformation on the corrosive process of pipeline pipeline in contact with sea water. The petroleum transport pipelines are subjected to highly corrosive environments in the seabed, and at the same time they undergo plastic deformations during their use, fact that changes their mechanical properties, which makes this phenomenon demands for a more detailed study about that. In order to carry out this study, samples were taken from a tube made of X65 steel and according to API 5L, manufactured for the petroleum industry to be used for transporting the oil, these samples were subjected to a cold deformation process until reaching the plastic regions in the percentages of 0.5%; 1.0%; 1.5%; 2.0% and 2.5%, above the flow limit in a tensile test equipment. In order to evaluate the corrosive process, it was carried out laboratory electrochemical tests with the purpose of characterizing qualitatively and quantitatively the corrosive process of this steel in standardized synthetic water, in addition to studying the influence of oxygen in the corrosion process in this steel. It was used the electrochemical techniques of Potential in open circuit, polarization by Tafel and Electrochemical impedance spectroscopy, verifying that the plastic deformation did not present significant variation from the plastic deformation, besides the continuous increase of the current during the anodic sweep evidences the absence of pa... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Os aços inoxidáveis dúplex possuem uma estrutura bifásica (ferrita e austenita) geralmente em frações aproximadamente iguais. Devido aos altos teores de Cr e Ni, esses aços apresentam alta resistência à corrosão e, por isso, são usados principalmente nas indústrias química, petroquímica e nuclear. Dependendo da sua composição química, os aços dúplex podem sofrer transformação martensítica induzida por deformação, com a transformação de austenita (γ) em martensita (α\'). Essa transformação pode ser revertida mediante tratamento térmico. A austenita é paramagnética, enquanto que a ferrita e a martensita são ambas ferromagnéticas. O objetivo desse trabalho foi estudar a relação entre a estabilidade microestrutural e as propriedades magnéticas de um aço dúplex UNS S32304, o qual apresenta transformação martensítica induzida por deformação. Amostras desse aço com redução em espessura de 80% foram recozidas isotermicamente em várias temperaturas até 800ºC por 1 h e resfriadas em água. A partir de laços de histerese obtidos em temperatura ambiente foram obtidos os valores de magnetização de saturação (Ms) e campo coercivo (Hc) para essas amostras. Além das medidas magnéticas essas amostras foram caracterizadas via difração de raios X, testes de dureza, microscopias óptica (MO) e eletrônica de varredura (εEV). Em relação ao εEV foram utilizadas as técnicas de EBSD (do inglês \"eléctron backscatter diffraction\") e ECCI (do inglês \"electron channeling contrast imaging\"). Medidas de magnetização (in situ) em função da temperatura (até 1000ºC) também foram obtidas para o material deformado, a partir das quais foi determinada a temperatura de Curie (Tc) do mesmo. Uma simulação das fases presentes no material em função da temperatura foi obtida utilizando-se o software Thermo-Calc©. Para as amostras recozidas isotermicamente, a inspeção metalográfica mostrou que para 600-700ºC o material apresenta um aspecto fragmentado na microestrutura. Esse aspecto fragmentado é uma evidência da reversão da martensita em austenita. Para a amostra recozida em 700ºC precipitados foram encontrados principalmente na austenita, a qual parece estar recristalizada. Indícios de recristalização da ferrita também foram observados para essa amostra. De acordo com o Thermo-Calc© os precipitados observados são provavelmente do tipo M23C6 (M = Fe, Cr) e Cr2N. A dureza do material apresenta uma queda evidente a partir de 500ºC, relacionada aos fenômenos de recristalização do material e reversão da martensita. Tal como a dureza, Ms e Hc também decaem a partir de ~ 500ºC. A reversão da martensita em austenita e a decomposição da ferrita (α) contribuem para a diminuição de Ms. As medidas magnéticas in situ também forneceram evidências da transformação α → γ + precipitados a partir do comportamento de Tc. Apesar do aspecto fragmentado da microestrutura e da precipitação, não foi observado um comportamento de \"pico\" em Hc em consequência da reversão da martensita em austenita. Isso indica que, no presente estudo, o fator que mais influenciou Hc foi a maior mobilidade das paredes de domínios magnéticos na fase ferrítica, em consequência dos efeitos de recuperação e recristalização. / Duplex stainless steels have a two-phase structure (ferrite and austenite) in approximately equal fractions. Due to their high Cr and Ni contents, these steels present a high corrosion resistance and, in consequence, they are mainly used in chemical, petrochemical and nuclear industries. Depending on their chemical composition, duplex steels may undergo strain induced martensite, with the austenite (γ) transformation in martensite (α\'). This transformation can be reversed by annealing. The austenite is paramagnetic, whereas ferrite and martensite are both ferromagnetic. The goal of this work was to study the relationship between microstructural stability and magnetic properties of a UNS S32304 duplex steel, which presents strain induced martensite. Samples of this steel with 80% thickness reduction were isotermally annealed at several temperatures up to 800ºC for 1 h and water-cooled. From hysteresis loops taken at room temperature, both saturation magnetization (Ms) and coercive field (Hc) were obtained for these samples. In addition to magnetic measurements these samples were characterized using X-ray diffraction, hardness testing, optical (OM) and scanning electron (SEM) microscopies. Regarding SEM were used both EBSD (eléctron backscatter diffraction) and ECCI (electron channeling contrast imaging) techniques. In situ magnetization measurements in function of temperature (up to 1000ºC) were also performed for the deformed material, from which was determined its Curie temperature (Tc). A simulation of the phases present in the material as a function of temperature was performed using the Thermo-Calc© software. For the isothermally annealed samples, metallographic analysis showed that for 600-700ºC the material presents a fragmented microstructure. Such fragmentation is an evidence of the martensite-to-austenite reversion. For the sample annealed at 700ºC precipitates were found mainly in the austenitic phase, which appears to be recrystallized. Evidences of recrystallization were also found for the ferritic phase in the same sample. According to Thermo-Calc© the observed precipitates are probably M23C6 (M = Fe,Cr) and Cr2N. Material\'s hardness present an evident drop for temperatures higher than 500ºC, due to both recrystallization and martensite-to-austenite reversion phenomena. Like hardness, both Ms and Hc also drop in temperatures higher than 500ºC. The martensite-toaustenite reversion and the ferrite decomposition contribute to Ms decreasing. From the Tc behavior, the in situ magnetic measurements also provided evidences of the transformation α → γ + precipitates. In spite of microstructure fragmentation and precipitation, it was not observed a \"pick\" effect in Hc behavior as a consequence of the martensite-to-austenite reversion. This indicates that, in the present study, the factor that most influenced Hc was the higher mobility of magnetic domain walls in the ferritic phase, due to both recovery and recrystallization effects.

O trabalho é um estudo experimental do comportamento tensão-deformação, em argila adensada unidirecionalmente, após mistura com água. Para sua execução, foram desenvolvidos equipamentos para adensamento de grandes quantidades de Lama, e medidores eletrônicos específicos para deformações volumétricas e radiais, usados em ensaios de compressão triaxial. O modelo da teoria clássica elasto-linear, para solos com comportamento anisotrópico é utilizado, após desenvolvimento algébrico, na obtenção dos parâmetros da argila. Nos cálculos, são aplicados processos estatísticos de regressões polinomiais. São analisadas as correlações dos parâmetros elásticos iso e anisotrópicos (Módulos de Elasticidade, Coeficientes de Poisson e Módulos de Elasticidade Transversal), com as tensões confinantes dos ensaios triaxiais, e com os Índices de pré-adensamento OCR das Lamas. / This work is an experimental study of the stress-strain behavior on clay one-dimensionally consolidated, after mixing with water. A consolidation equipment designed for great mass of mud and specific electronic apparatus for volumetric and lateral displacements on the triaxial tests were developed for this study. The classical theory of elasto-linear model for anysotropic soils is used, after algebraic manipulation, to obtain clay parameters. Multiple regressions are used for variables computations. Iso and anysotropic elastic parameters (Young modulus, Poisson ratio and shear modulus) are correlated with the confinant stresses and the over-consolidation-ratios (OCR).

Rubber asphalt has been used in Brazil as early as 2001. Among the fabrication processes of rubber asphalt, the most widely used in Brazil is the terminal blend. However, the use of field-blended rubber asphalt has been around in the United States for decades, especially in the state of Arizona. This process results in a highly viscous material with enhanced engineering properties, but requires specific equipment that is typically installed at the job site, or close to the supplying asphalt plant. Thus, keeping in mind the possible technological advantages of using a field blended rubber asphalt mixture and the lack of information regarding this technique in Brazil, there is a necessity to develop studies to assess the performance of this type of material in our environmental conditions and axle loading configurations. Therefore, a laboratory study was conducted to determine the rheological properties of a field-blended rubber asphalt and compare them to those of typical binders used in Brazil (an AC 30/45 penetration grade and a binder modified with SBS, an elastomeric polymer). Binder permanent deformation was determined using the Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR) test, whereas binder fatigue behavior was determined using the Time Sweep and Linear Amplitude Sweep (LAS) tests. Subsequently, the permanent deformation and fatigue behavior of a gap-graded mixture using the field-blended rubber asphalt were assessed in the laboratory and in the field. The permanent deformation of the mixture was determined in the laboratory using the LCPC wheel track test, whereas the fatigue behavior was determined using the four point bending flexural test. A test section was built after the rehabilitation job of highway RJ-122, where a field-blended rubber asphalt mixture was first used in the country. The mixture performance was studied in situ through accelerated pavement tests using a full scale, large mobile traffic simulator. The results were used to model the performance of the structure with the rubber asphalt mixture by means of the Highway Development and Management Model (HDM-4) cracking and permanent deformation models, calibrated to local conditions. Accelerated pavement tests were validated through periodic pavement monitoring campaigns conducted for four years in a test section in Highway RJ-122. The field-blended rubber asphalt showed a good performance in terms of permanent deformation and fatigue determined in the laboratory at the binder and mixture levels, which confirms what was verified in the field. / No Brasil, o asfalto-borracha vem sendo utilizado desde meados de 2001. Dentre os processos de fabricação do asfalto-borracha, o mais utilizado no Brasil é o asfalto-borracha estocável ou terminal blend. Contudo, o asfalto-borracha do tipo não estocável (field blend) vem sendo bastante difundido nos Estados Unidos há décadas, principalmente no estado do Arizona. Este processo resulta em um asfalto-borracha de alta viscosidade, com alto desempenho, porém requer um equipamento de fabricação de asfalto-borracha específico, instalado no canteiro de obras, ou muito próximo à usina de asfaltos fornecedora da obra. Tendo em vista as possíveis vantagens tecnológicas do asfalto-borracha field blend e o conhecimento ainda pequeno sobre esta técnica no Brasil, há a necessidade de desenvolver estudos para a avaliação deste tipo de material frente às condições climáticas e de solicitação pelas cargas viárias em nosso país. Para tanto, foi realizado um estudo em laboratório para verificar as propriedades reológicas de um asfalto-borracha field blend e compará-las com as características de ligantes típicos empregados no Brasil (um CAP 30-45 e um ligante modificado por polímero elastomérico do tipo SBS). Elegeu-se o Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR) para verificar a deformação permanente e o Time Sweep e Linear Amplitude Sweep (LAS) para verificar o comportamento na fadiga dos ligantes. Na sequência, determinou-se a deformação permanente e o comportamento à fadiga de uma mistura asfáltica descontínua (gap-graded) empregando o asfalto-borracha field blend em laboratório e no campo. A deformação permanente da mistura foi verificada por meio do simulador de tráfego LCPC, enquanto a vida de fadiga foi determinada utilizando o ensaio de flexão em viga (4 pontos). Por fim, foi construída uma seção teste após a conclusão da obra de restauração dos pavimentos da rodovia RJ-122, local onde se elegeu a utilização desta tecnologia pela primeira vez no país. O desempenho da mistura foi estudado in loco com o emprego de ensaios acelerados do pavimento utilizando-se o simulador de tráfego linear móvel em tamanho real. Os resultados obtidos foram utilizados para modelar o desempenho da estrutura com o revestimento asfáltico constituído pela mistura com o asfalto-borracha por meio dos modelos de trincamento e de deformação permanente do Highway Development and Management Model (HDM-4), podendo-se verificar o desempenho desta mistura calibrado para as condições locais. Os ensaios acelerados foram validados em campo por meio de campanhas de monitoramento periódicas realizadas ao longo de quatro anos na rodovia RJ-122. Pelos ensaios de laboratório no ligante e na mistura foi possível concluir que o asfalto-borracha field blend apresenta um bom desempenho quanto à deformação permanente e à fadiga, corroborando o que foi verificado no campo.

Este trabalho teve como objetivo estudar o comportamento de dois solos estabilizados com cal hidratada (CH-III), um solo laterítico (LG´) e outro não laterítico (NG´), coletados de um mesmo local na cidade de Dois Córregos-SP. Para tanto, foram realizados os procedimentos de dosagem de Solo-Cal do Método do pH (ASTM D 6276-99a), que resultou nos teores de 4% de cal, para o solo LG´ e de 6%, para o solo NG´. No programa experimental foram avaliadas as propriedades mecânicas (RCS e RT) originais e após imersão para diferentes dias de cura (0, 7, 28 e 60 dias), após as primeiras constatações, foram realizados complementarmente ensaios mecânicos (módulo de resiliência, MR, e deformação permanente, DP) e de imagens por microscopia eletrônica de varredura (MEV) também para tempos de cura diferentes. Os resultados dos ensaios permitiram verificar que (i) a parcela mais importante do ganho de resistência (RCS e RT) devido à adição de cal aconteceu nos primeiros sete dias de cura e após os 28 dias, há uma tendência de estabilização do ganho de resistência, contudo, nenhuma das misturas superou as RCS e RT do solo original; (ii) os resultados dos ensaios de RCS e RT em corpos de prova após imersão só foram possíveis nas misturas solo-cal (a partir de 7 dias) indicando que parcela dessas resistências são atribuídas à cimentação desenvolvida entre o solo e a cal; (iii) os resultados de MR mostraram algum ganho de rigidez dos materiais, o que levou à redução na deformação (DP) em 67% para as mistura com solo LG´ e cal e 52% para as com solo NG´ e cal; (iv) as análises das imagens de MEV mostraram mudanças texturais dos materiais, indicando a ocorrência de reações imediatas da cal com os dois tipos de solo, entretanto, não foram obtidas imagens compatíveis com estruturas que evidenciassem reações pozolânicas. Os resultados desta pesquisa levantam questões sobre o método de dosagem e a possibilidade da cal estar carbonatada. Essas questões evidenciam a necessidade de se desenvolver uma normalização dos métodos de dosagem e avaliação das misturas solo-cal adequados para aplicação aos solos tropicais. / The objective of this study was to analyze the behavior of a lateritic (LG´) and a non-lateritic (NG´) soils stabilized with hydrated lime (CH-III). The soils were collected at the same location, nearby the town of Dois Córregos-SP. Thus, the pH method to estimate the soillime proportion (ASTM D 6276-99a) was performed, which resulted in the content of 4% lime for the LG\' soil, and 6% for the NG\' soil. The laboratory tests have assessed the original and immersed mechanical properties (UCS and TS) at different curing periods (0, 7, 28 and 60 days). Complementary tests such as resilient modulus (MR), permanent deformations (DP) and scanning electron microscopy (SEM) were also performed at different curing periods. The results have shown that (i) the major part of strength improvement (UCS and TS) due to addition of lime has taken place in the first seven days of curing and, after 28 days, the improvements tend to stabilize; however, none of the admixtures have surpassed UCS and TS values of original soil; (ii) UCS and TS results of specimens after immersion were only obtained in the soil-lime admixtures (after 7 days of curing), this indicates that a portion of these strengths are attributed to cementation developed between soil and lime; (iii) the MR results have presented some stiffness improvement in the materials, which has resulted in reductions of the permanent deformation (DP), about 67% for LG\' soil admixtures and 52% for NG\' soil admixtures; (iv) the analyses of SEM images have shown textural changes in the materials, which depict the occurrence of immediate reactions of the lime for both types of soil, however it was not possible to obtain images presenting structures that could distinguish pozzolanic reactions. The research\'s results lead to questions about the dosage method and the possibility of lime carbonation. These questions highlight the need of developing standards for a soil-lime design method and an admixture assessment applicable to tropical soils.

Esta dissertação insere-se nas áreas de qualidade laboratorial e de ensaios de controle de concreto, especificamente quanto à propriedade módulo estático de deformação ou módulo de Young. A motivação do trabalho é a elevada variabilidade de resultados experimentais observada pelo meio técnico nacional em ensaios interlaboratoriais, cujos resultados indicam desvios-padrão totais da ordem de 3,5 GPa, valor significativo para o controle tecnológico de obras de construção civil. Os objetivos buscados foram a identificação das parcelas da variabilidade oriundas da produção e do ensaio, com especial atenção àquela originada na instrumentação para medida das deformações durante o ensaio, e a discussão da aplicabilidade do conceito semiprobabilístico normativo à propriedade módulo de deformação do concreto. Além disso, a própria discussão da aplicabilidade da sistemática de pesquisa e análise sobre este tipo de ensaio e de material constou como um objetivo do trabalho. Para tal, desenvolveu-se um programa experimental em duas etapas: a primeira foi destinada às avaliações de acurácia (precisão e exatidão) do método de ensaio. As avaliações se deram segundo roteiros da área metrológica para validação de métodos e sistemas de medida. De quatro instrumentações para medida das deformações testadas, uma se mostrou mais precisa (identificada como clip gages) e outra se mostrou a mais suscetível a erros sistemáticos e aleatórios entre as testadas (identificada como compressômetro com dois relógios comparadores). Recomendou-se a ampliação do programa experimental para o âmbito interlaboratorial, pois, a rigor, o método de ensaio vigente não poderia ser considerado validado em termos de acurácia baseando-se unicamente nos resultados deste programa experimental. Porém, concluiu-se pela possibilidade de aceitação prática do método independentemente da utilização de três de um total de quatro tipos de instrumentação para medida das deformações testados em ensaio, sem que houvesse prejuízo para a produção ou o controle tecnológico usual desta propriedade. Na segunda etapa, obteve-se um Diagrama de Dosagem e estudou-se um cenário de fornecimento de concreto sob critérios estatísticos diferentes de atendimento à especificação de módulo de deformação: utilização do valor característico e do valor médio, com diferença de 4 GPa entre eles. Estimou-se um aumento da ordem de 9% no deslocamento vertical de uma viga simples bi-apoiada quando executada com o concreto de menor módulo em relação à execução com o de maior módulo. Por sua vez, o concreto de maior módulo exigiria um aumento no consumo de cimento da ordem de até 200 kg/m3, se conservados todos os insumos materiais e os demais parâmetros tecnológicos contidos nos traços. Concluiu-se pela aplicabilidade do uso da sistemática empregada na avaliação da acurácia do método de ensaio e do uso do conceito semiprobabilístico para esta propriedade. / This work is developed into the areas of laboratorial quality and concrete control tests, specifically focusing on the static modulus of elasticity or Young´s modulus. The motivation of this work is the high variability of experimental results observed by national technicians in interlaboratorial tests. These results show total standard deviations of around 3.5 GPa, a significant value for the technological control for civil construction. The main objectives are the identification of the variability fragments derived from the production and test, specially the ones related to the instrumentation for measuring deformations during the test, and the discussion of the semi-probabilistic concept applicability on the concrete Young´s modulus control. Moreover, the discussion of the applicability of the procedure used in this work and its analysis are also objective pursued here. The experimental program was developed in two steps: the first step covered the accuracy assessments (precision and exactness) of test method. The assessments were carried out according to instructions from Metrology concepts for the validation of the methods and the measure systems. One out of four instrumentations for measuring the tested deformations proved to be more precise (identified as clip gages) and another one proved to be more susceptible to systematic and random errors (identified as a compressometer with two dial indicators). The extension of the experimental program to an interlaboratorial scope is recommended because the current test method could not be considered valid based only on the results of this experimental program. However, it was shown that the practical acceptance of the test method for three among the four kinds of instrumentations analyzed, without damaging the production or the usual technological control of this property, is possible. On the second step, a mix design diagram was obtained and a case of supply of concrete under different statistical criteria (fulfillment the modulus of elasticity specification): the use of the characteristic value and the average value, with difference of 4 GPa between them. An increase of 9% on the vertical transference of a simple dual supported beam was observed when using a lower modulus concrete, when compared to another one with a higher modulus. On the other hand, the modulus increase would require an increment in the cement consumption up to 200 kg per cubic meter, if all the material inputs and further technological parameters is maintained. The final conclusion was that the procedure used on the assessment of the test method accuracy and the semi-probabilistic concept on this material property is applicable.

Os simuladores que empregam técnicas de Realidade Virtual são alternativas vantajosas às formas tradicionais de ensino e treinamento médico. Esses simuladores apresentam requisitos específicos, tais como: interação em tempo real e modelos realistas para representar órgãos e tecidos. Além disso, devem possuir comportamentos físicos suficientemente parecidos com os reais e gerar feedbacks dos procedimentos que estejam sendo simulados. Essas características exigem esforços de programação para o desenvolvimento de técnicas de interação e visualização 3D, além de estudos dos tecidos humanos, incluindo o comportamento físico dos órgãos e tecidos e o estudo das leis da Física envolvidas neste processo. O tema central desta pesquisa é a simulação de procedimentos de punção, sendo que nesse tipo de aplicações são necessários tanto o realismo visual como também o háptico, a fim de proporcionar ao usuário sensações parecidas com as encontradas nos procedimentos reais. Os métodos que utilizam parâmetros físicos são os mais utilizados alcançar o realismo exigido na interação háptica. No entanto, esses métodos deixam a desejar no que diz respeito à interação em tempo real. Dessa forma, o objetivo desta pesquisa foi desenvolver um novo método para simular a deformação de objetos tridimensionais que representam órgãos humanos. De forma que sejam alcançados o realismo visual, o realismo háptico e a interação em tempo real, com um custo computacional aceitável. O método desenvolvido consiste na divisão dos objetos tridimensionais em camadas, a fim de simular o volume e também a heterogeneidade dos órgãos humanos. O número de camadas e a atribuição de parâmetros físicos podem ser definidos de acordo com os diferentes tecidos que compõem o órgão humano e respectivos comportamentos que se pretenda simular. O método foi desenvolvido depois de conduzida uma Revisão Sistemática para levantamento dos métodos utilizados em aplicações para treinamento médico e respectivos níveis de realismo visual e háptico oferecidos. Para demonstrar e testar o funcionamento do método foi criado um simulador genérico de procedimentos de punção, no qual podem ser configurados o número de camadas, os parâmetros visco-elásticos, e assim permitir a avaliação do desempenho e o realismo das simulações. Como exemplo de aplicação o método foi aplicado em um simulador de punção de mama, cuja qualidade foi avaliada por médicos especialistas. Os protótipos foram criados no Laboratório de Tecnologias Interativas da Escola Politécnica da USP (Interlab), a partir de um Framework desenvolvido pelo Laboratório de Aplicações de Informática em Saúde da Escola de Artes Ciências e Humanidades da USP (LApIS). / Simulators that employ Virtual Reality techniques can prove to be an advantageous alternative to the traditional forms of medical learning and training. These simulators have specific requirements, such as real-time interaction and realistic models representing organs and tissues. Moreover, they should possess physical behavior similar enough to real life and generate feedback from procedures being simulated. These characteristics require programming efforts for the development of 3D visualization and interaction techniques, as well as studies of human tissue, including the physical behavior of organs and tissues and the study of the laws of Physics involved in this process. The main theme of this research is the simulation of puncture procedures. This type of application requires a realistic rendering of both visual and haptic traits in order to provide the user with sensations similar to those found in real procedures. Methods which employ physical parameters are more widely used to achieve the realism required in haptic interaction. However, these methods present shortcomings regarding real-time interaction. Thus, the aim of this research was to develop a new method to simulate the deformity of tridimensional objects that represent human organs and to achieve visual realism, haptic realism, and real-time interaction, with acceptable computational costs. The method developed in this study consists in dividing tridimensional objects into layers in order to simulate volume as well as heterogeneity of human organs. The number of layers and the attribution of physical parameters can be defined according to different tissues that compose the human organ and respective behaviors that one wishes to simulate. The method was developed after a systematic review to assess the methods employed in applications for medical training and their respective levels of visual and haptic realism. In order to demonstrate and to test how the method operates, we created a generic simulator of puncture procedures, which can be configured with any combination of layers of tissue and its viscoelastic parameters, allowing for the assessment of simulation performance and realism. As an example, the method was applied to a breast biopsy simulator whose quality was evaluated by specialist doctors. The prototypes were created in the Interactive Technology Laboratory (Interlab) of the Engineering School of the University of São Paulo, from a framework developed by the Laboratory of Computer Applications for Health Care (LApIS) of the School of Arts, Science and Humanities of the University of São Paulo.

A difração de raios X e de elétrons retroespalhados, em escalas distintas, foram aplicadas para acompanhar mudanças microestruturais em dois aços ferríticos baixo carbono (2%Si e ABNT 1006), observando-se o desenvolvimento da textura nas etapas de laminação a frio (skin-pass) e recozimento a 760 oC. Para ambos os aços, os resultados permitiram afirmar que o fenômeno que ocorre após a laminação por skin-pass e tratamento térmico, nas condições deste trabalho, é a recristalização primária. A aplicação do skin-pass criou mais discordâncias em grãos com baixo fator de Taylor por sofrerem mais deformações. Observou-se a nucleação e crescimento de grãos em regiões de grande densidade de células de discordâncias. A presença do silício atrasou a recuperação favorecendo o aumento de subcontornos. Não foi observado o crescimento anormal de grãos, nem em função da presença de grãos Goss. Os contornos CSL não garantiram o crescimento do grão. Núcleos de crescimento de grãos deram origem a grãos com orientações distintas, indicando que o crescimento de grãos não dependeu da existência prévia de grãos com as orientações desenvolvidas, demonstrando que o crescimento anormal de grãos não está relacionado necessariamente com os grãos Goss. / X ray and electron backscattering diffraction, in distinct levels, were applied to evaluate microstructural changes in two low carbon ferritic steels (2%Si and ABNT 1006), observing the texture development in cold lamination step (skin-pass) and in the subsequent annealing at 760 oC. In these two steels, results showed that after the skin-pass and annealing in the conditions of the present work, the observed phenomenon is the primary recrystallization. By applying skin-pass dislocations were introduced mostly in low Taylor factor grains as they are prone to be more deformed. Nucleation and grain growth were observed in high density dislocation cell regions. Silicon presence delayed the recovery favoring the sub-boundaries increase. It was not observed the abnormal grain growth, even in the presence of Gross grains. CSL boundaries did not guarantee the grains growth. Growing nuclei gave rise to grains with distinct orientations, showing that the grain growth was not dependent on the previous presence of grains with the developed orientation. This fact demonstrates that the abnormal grain growth is not necessarily related to the Gross grains.

Este trabalho apresenta uma teoria de barras não-linear geometricamente exata, com multi-parâmetros para a representação geral de deslocamentos no plano da seção transversal (distorção) e também fora do plano da seção (empenamento). A formulação apresentada constitui-se em uma extensão de trabalhos anteriores, [1] a [6], [8] e [9], no sentido de que a hipótese de seção rígida (Timoshenko) e a função de empenamento elástico de Saint-Venant foram removidos. Essa abordagem define os esforços internos energeticamente conjugados, atuantes na seção transversal, em função de deformações e tensões generalizadas, baseadas no conceito de vetor diretor da seção transversal. Além da importância prática, o uso do vetor diretor simplifica a formulação das equações de equilíbrio e a imposição das condições de contorno, tanto na forma fraca quanto na forma forte do equilíbrio. Além disso, facilita a obtenção da matriz de rigidez tangente, resultando sempre simétrica pra materiais hiper-elásticos e carregamento externo conservativo, mesmo em situações distantes da condição de equilíbrio. Permite também a introdução de graus de liberdade independentes para descrever tanto os deslocamentos no plano quanto fora do plano da seção transversal. Equações constitutivas tri-dimensionais adequadas para problemas com grandes deslocamentos e grandes deformações podem ser implementadas sem a ocorrência de enrijecimentos espúrios. A formulação é absolutamente geral e sua extensão para materiais inelásticos, em particular materiais elasto-plásticos, é imediata uma vez qua a integração de tensões com carregamentos incrementais está disponível. Rotações finitas são tratadas através da expressão de Euler-Rodrigues em uma abordagem puramente Lagrangeana. Assume-se o eixo reto como configuração de referência da barra, porém, barras inicialmente curvas também podem ser consideradas como configurações de referência deformadas, sem tensões iniciais, obtidas a partir de configurações inicialmente retas [11]. É importante ressaltar que a teoria apresentada permite uma modelagem consistente e precisa de distorções da seção transversal, típicas de perfis metálicos esbeltos dobrados a frio. Acredita-se que esta seja uma das principais contribuições dessa formulação como opção ao uso de modelos de cascas. / The main purpose of this work is to present a fully nonlinear geometrically-exact multi-parameter rod model that incorporates general in-plane cross-sectional changes as well as general out-of-plane cross-sectional warping. The formulation constitutes an extension of the earlier works presented in [1] to [6], [8] and [9], in the sense that the restrictions to a rigid cross-section and to a Saint-Venant-like elastic warping are now removed from the theory. Our approach defines energetically conjugated cross-sectional resultants in terms of generalized stresses and strains, based on the concept of a cross-section director. Besides their practical importance, the use of cross-sectional resultants simplifies the derivation of equilibrium equations and the enforcement of boundary conditions, in either weak or strong senses. In addition, the corresponding tangent bilinear weak form is obtained in a more expedient way, rendering always symmetric for hyperelastic materials and conservative loadings (even far from equilibrium states). Definition of a cross-section director plays a central role in the present model. Accordingly, it allows the introduction of independent degrees-of-freedom to describe both the in-plane cross-sectional changes and the out-of-plane warping. Fully three-dimensional finite strain constitutive equations can therefore be employed with no spurious stiffening. The ideas are general and extension to inelastic rods, in particular to those of elastoplastic materials, is straightforward once a stress integration scheme within a time step is at hand. Finite rotations are treated here by the Euler-Rodrigues formula in a pure Lagrangean framework. We assume a straight reference configuration for the rod axis, but initially curved rods can also be considered if regarded as a stress-free deformed state from the straight position (see [11]). The use of convective non-Cartesian coordinate systems is this way avoided and only components on orthogonal frames are employed. Moreover, initial curvatures that are completely independent of the isoparametric concept are possible to be attained, which can be used even in (for example) straight finite elements. Altogether, the present assumptions allow a consistent basis for the proper representation of profile (distortional) deformations, which are typical of coldformed thin-walled rod structures. We believe this is one of the main features of our formulation, as the use of more complex shell models in order to capture such phenomena becomes unnecessary.

A adição de modificadores no ligante asfáltico visando melhorar o seu comportamento é uma prática comum atualmente. Existem vários tipos de modificadores, entre eles o mais utilizado nas rodovias federais brasileiras é o copolímero SBS. Além dos polímeros, o ácido polifosfórico (PPA) é outro tipo de modificador que produz boas características quando adicionado ao ligante asfáltico. Apesar do efeito positivo, sabe-se que este material é importado, o que dificulta sua aquisição e pode tornar o produto final muito caro. Tendo em vista a possibilidade de se trabalhar com um produto de mesma base, mas de origem nacional, o que o tornaria o modificador mais acessível, optou-se por verificar o comportamento da adição de ácido fosfórico (PA85) ao ligante asfáltico. Sendo assim, o propósito desta tese é analisar o efeito da adição de ácidos fosfóricos no comportamento reológico de ligantes asfálticos puros e modificados com o copolímero SBS. Para tanto, realizou-se ensaios empíricos e reológicos com o intuito de verificar o comportamento destes materiais. Na primeira parte da pesquisa, dois ligantes asfálticos de base, CAP50/70 de classificação PG64-XX, (Replan e Lubnor), foram modificados somente com a adição dos dois ácidos (PPA e PA85), enquanto na segunda parte esses ligantes asfálticos de base foram modificados com o copolímero SBS com ou sem a presença dos ácidos. Os ensaios avaliados foram penetração, ponto de amolecimento, viscosidade rotacional, ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR), LAS modificado, e estabilidade à estocagem. De maneira geral, a adição dos modificadores melhora o comportamento dos ligantes asfálticos, tendo em vista que melhoram a recuperação, ficam menos sensíveis à deformação permanente e são mais tolerantes à fadiga. Pode-se constatar que o tipo de ligante asfáltico de base influencia diretamente o comportamento dos materiais, independente dos modificadores adicionados. A adição dos modificadores foi mais expressiva no ligante asfáltico proveniente da Replan. Em relação aos ácidos, conclui-se que a adição do PA85 foi satisfatória, uma vez que apresentou comportamento semelhante ao do ácido PPA, porém com efeito um pouco menos expressivo. A adição dos ácidos melhorou a estabilidade à es tocagem dos ligantes asfálticos modificados, e pode-se constatar que a adição de um destes modificadores permite a redução do teor do copolímero SBS. Quanto à capacidade de suporte de tráfego, a adição de altos teores desses modificadores não é viável, devido ao fato de apresentarem suporte similar a ligantes asfálticos modificados com teores baixos e intermediários. / The addition of modifiers in asphalt binder to improve its behavior is a common practice nowadays. There are many types of modifiers, among them the most used in the Brazilian federal highways is the SBS copolymer. In addition to polymers, polyphosphoric acid (PPA) is another type of modifier that produces good characteristics when added to asphalt binder. Despite the positive effects, it is known that this material is imported, which makes its purchase as well as the final product very expensive. Considering the opportunity to work with a product with the same basic component, but of national origin, which would make it the most affordable modifier, the present study decided to verify the behavior of the addition of phosphoric acid (PA85) to the asphalt binder. Therefore, the purpose of this thesis is to analyze the effect of the addition of phosphoric acid to the rheological behavior of pure and modified asphalt binders with the SBS copolymer. For both, empirical and rheological tests were conducted in order to verify the behavior of these materials/substances. In the first part of the research, two asphalt binders base CAP50/70 asphalt binder graded PG64-XX (Replan and Lubnor) were modified only with the addition of the two acids (PPA and PA85), while in the second part of these asphalt binders base were modified with SBS copolymer with or without the presence of acids. The tests evaluated penetration, softening point, rotational viscosity, multiple stress creep and recovery (MSCR), LAS modified, and storage stability. In general, the addition of the modifiers enhances the behavior of the asphalt binders, for they improve recovery, are less susceptible to rutting and are more resistant to fatigue. It was found that the type of asphalt binder base directly influences the behavior of materials, regardless of added modifiers. The addition of modifiers was greater in the asphalt binder from the Replan. Compared to acids, it is concluded that the addition of PA85 was satisfactory, since the performance was similar to the PPA acid behavior, but with slightly less significant effect. The addition of acid improved the storage stability of the modified asphalt binders, and it was found that the addition of such modifiers allows reducing the content of the SBS copolymer. Regarding the ability to support traffic, the addition of high levels of these modifiers is not feasible because they show similar support for modified asphalt binders with low and intermediate levels.