As progressivas inovações tecnológicas, na área de projeto mecânico, contribuem para a adoção de novos procedimentos cirúrgicos relacionados à ortopedia. Este trabalho trata do projeto, desenvolvimento e fabricação de dispositivos de usinagem e instrumentais cirúrgicos para aplicação em cirurgias de recapeamento da cabeça femoral em humanos e animais, buscando aperfeiçoar tal procedimento no que diz respeito a tecnologias voltadas à modelagem óssea e furação centralizada com a cabeça femoral. Nesse contexto, a relação tempo x precisão foi muito bem explorada, de forma a auxiliar com eficiência os cirurgiões e os pacientes que necessitam dessa cirurgia reduzindo a interferência da habilidade do cirurgião no resultado final da cirurgia. A fresa multilaminar sequencial, criada para usinar a cabeça femoral conforme geometria interna da prótese de recapeamento de quadril é uma importante ferramenta para redução do tempo de cirurgia, uma vez que é necessária a troca de ferramentas durante os procedimentos cirúrgicos como mostrado nesta tese. O instrumental cirúrgico, responsável para o funcionamento correto desses dispositivos de usinagem, é um guia de furação personalizado capaz de alinhar a broca e a fresa durante a modelagem da cabeça femoral, de acordo com o ângulo do colo femoral de cada paciente. Assim, este trabalho trata da concepção, desenvolvimento e fabricação de protótipos de um dispositivo de usinagem e instrumentais cirúrgicos que promovam a usinagem centralizada seguindo o ângulo do colo femoral, redução do tempo de cirurgia e da aplicação cirúrgica com prótese de recapeamento artroplastia de recapeamento canina. Os produtos desenvolvidos nesse trabalho serão nomeados como \"fresa multilaminar sequencial\", \"máscara para furação centralizada\" e \"prótese e instrumentais cirúrgicos para cães\", para a artroplastia de recapeamento de quadril. Com os desenvolvimentos, é esperada uma redução no tempo da cirurgia, bem como um aumento na segurança, possibilitando maior sucesso nesses procedimentos em humanos, bem como trás nova tecnologia para a medicina veterinária. / Progressive technological innovations in the area of mechanical design, contribute to the adoption of new surgical procedures related to orthopedics. This work addresses the design development and manufacture of machining devices and surgical instruments to be used in resurfacing surgeries of the femoral head in humans and animals, seeking to improve this procedure in regards to a new technology related to bone structure for machining and drilling aligned with the femoral head. In this context, the relation time c accuracy was very well explored, in order to assist with efficiency surgeons and patients requiring surgery that reduces the interference on the skill of the surgeon on the surgery outcome. The simultaneous development of the multilaminar-mill, designed to machine the femoral head matching the internal geometry of the resurfacing prosthesis is an important tool for reducing the surgery time, as the tool changes during surgery as shown this thesis. The surgical instrument responsible for the proper operation of these machining devices is a customized guide drill mark capable of aligning the drill and the mill during drilling and milling of the femoral head, according to the angle of the femoral neck of each patient. This work deals with the design, development and manufacturing of a machining device prototype and surgical instruments to promote the centralized machining following the angle of the femur neck the reduction of surgery time and the innovate arthroplasty surgery in humans animals. The products developed in this work are named as \"sequential multilaminar mill\", \"drilling centering mask\" and \"prosthesis and instrumental for dogs\", for hip resurfacing arthroplasty. With the developments, it is expected to reduce the surgical time, as well increasing safety, allowing greater success in these procedures.

As progressivas inovações tecnológicas, na área de projeto mecânico, contribuem para a adoção de novos procedimentos cirúrgicos relacionados à ortopedia. Este trabalho trata do projeto, desenvolvimento e fabricação de dispositivos de usinagem e instrumentais cirúrgicos para aplicação em cirurgias de recapeamento da cabeça femoral em humanos e animais, buscando aperfeiçoar tal procedimento no que diz respeito a tecnologias voltadas à modelagem óssea e furação centralizada com a cabeça femoral. Nesse contexto, a relação tempo x precisão foi muito bem explorada, de forma a auxiliar com eficiência os cirurgiões e os pacientes que necessitam dessa cirurgia reduzindo a interferência da habilidade do cirurgião no resultado final da cirurgia. A fresa multilaminar sequencial, criada para usinar a cabeça femoral conforme geometria interna da prótese de recapeamento de quadril é uma importante ferramenta para redução do tempo de cirurgia, uma vez que é necessária a troca de ferramentas durante os procedimentos cirúrgicos como mostrado nesta tese. O instrumental cirúrgico, responsável para o funcionamento correto desses dispositivos de usinagem, é um guia de furação personalizado capaz de alinhar a broca e a fresa durante a modelagem da cabeça femoral, de acordo com o ângulo do colo femoral de cada paciente. Assim, este trabalho trata da concepção, desenvolvimento e fabricação de protótipos de um dispositivo de usinagem e instrumentais cirúrgicos que promovam a usinagem centralizada seguindo o ângulo do colo femoral, redução do tempo de cirurgia e da aplicação cirúrgica com prótese de recapeamento artroplastia de recapeamento canina. Os produtos desenvolvidos nesse trabalho serão nomeados como \"fresa multilaminar sequencial\", \"máscara para furação centralizada\" e \"prótese e instrumentais cirúrgicos para cães\", para a artroplastia de recapeamento de quadril. Com os desenvolvimentos, é esperada uma redução no tempo da cirurgia, bem como um aumento na segurança, possibilitando maior sucesso nesses procedimentos em humanos, bem como trás nova tecnologia para a medicina veterinária. / Progressive technological innovations in the area of mechanical design, contribute to the adoption of new surgical procedures related to orthopedics. This work addresses the design development and manufacture of machining devices and surgical instruments to be used in resurfacing surgeries of the femoral head in humans and animals, seeking to improve this procedure in regards to a new technology related to bone structure for machining and drilling aligned with the femoral head. In this context, the relation time c accuracy was very well explored, in order to assist with efficiency surgeons and patients requiring surgery that reduces the interference on the skill of the surgeon on the surgery outcome. The simultaneous development of the multilaminar-mill, designed to machine the femoral head matching the internal geometry of the resurfacing prosthesis is an important tool for reducing the surgery time, as the tool changes during surgery as shown this thesis. The surgical instrument responsible for the proper operation of these machining devices is a customized guide drill mark capable of aligning the drill and the mill during drilling and milling of the femoral head, according to the angle of the femoral neck of each patient. This work deals with the design, development and manufacturing of a machining device prototype and surgical instruments to promote the centralized machining following the angle of the femur neck the reduction of surgery time and the innovate arthroplasty surgery in humans animals. The products developed in this work are named as \"sequential multilaminar mill\", \"drilling centering mask\" and \"prosthesis and instrumental for dogs\", for hip resurfacing arthroplasty. With the developments, it is expected to reduce the surgical time, as well increasing safety, allowing greater success in these procedures.

É estudada, conceitualmente a técnica de recapeamento de quadril de cães como modelo cirúrgico. A artroplastia do quadril foi desenvolvida com a finalidade de estabelecer a mobilidade articular e também no alívio da dor de pacientes humanos. Em animais, principalmente os cães, a artroplastia total, é um procedimento cirúrgico muito utilizado na articulação coxofemoral para a correção de patologias de quadril, sejam elas degenerativas traumáticas ou inflamatórias além de aliviar a dor. A artroplastia de recapeamento de quadril em humanos tem se mostrado uma técnica muito eficiente por estar próxima da anatomia natural do quadril e tem sido aplicada em pacientes jovens e ativos. A vantagem de se realizar a técnica de recapeamento é que nesta, há uma ressecção mínima da cabeça femoral e que promove uma melhora em relação à estabilidade da articulação, entretanto essa técnica ainda não é aplicada em animais. O presente trabalho tem por objetivo estudar a técnica de recapeamento de quadril de cães de forma análoga as técnicas aplicadas em humanos e também, propor um projeto de ferramental cirúrgico específico em conjunto com o protocolo cirúrgico. A técnica conceitual de artroplastia de recapeamento de quadril de cães foi desenvolvida a partir de um fêmur canino onde foram desenvolvidos os conceitos da técnica cirúrgica e o protótipo do ferramental cirúrgico necessário para o desenvolvimento desta técnica. Inicialmente foram feitas aquisições das imagens dos objetos do trabalho (fêmur canino, ferramental cirúrgico e prótese cirúrgica) que foram convertidas em arquivos CAD; a partir destes foram gerados cópias em gesso através do processo de impressão 3D do ferramental cirúrgico desde o guia de furação até a fresa de chanframento e também da prótese cirúrgica de recapeamento. A fabricação do ferramental cirúrgico obtido pelo processo de impressão 3D possibilitou uma análise visual dos protótipos que serviram de modelos para a fabricação do ferramental cirúrgico definitivo, sendo este, confeccionado em aço. Isso permitiu sua validação em bancada de laboratório através de testes realizados em modelos de ossos de cães em resina. Conclui-se que a técnica de recapeamento de quadril de cães validada em bancada de laboratório poderá ser realizada em conjunto com o ferramental cirúrgico proposto para em um futuro muito próximo ser usado em articulações de cães portadores de displasia coxofemoral devido a sua funcionalidade e à demanda de casos clínicos para este procedimento. A técnica cirúrgica de recapeamento estudada poderá ser oferecida a população a um custo acessível por ser inovadora e promissora no contexto da ortopedia veterinária. / The study conceptually describes a surgical model for dog hip resurfacing technique. Hip arthroplasty was developed to restore joint mobility and relieve of human patients pain. In animals, especially dogs, total arthroplasty is a surgical procedure commonly used to correct traumatic, degenerative and inflammatory hip diseases and alleviate pain. The resurfacing hip arthroplasty in humans, applied in young and active patients, has shown to be an efficient technique. The advantage of using this technique is that there will be a minimal resection of the femoral head, improving the stability of the joint; however it has not been applied to animals yet. The present dissertation reports on the study of hip resurfacing technique for dogs in a similar way it is applied in humans. It also proposes a specific surgical tooling design in conjunction with the surgical protocol. The technical concept of hip resurfacing arthroplasty for dogs was developed from a canine femur from which the concepts of the surgical technique and the prototypes of the necessary surgical tools were developed. Initially, images of the objects used in the work (canine femur, surgical tools and surgical prosthesis) were acquired. They were then converted into CAD files, which generated plaster copies of surgical tools, from the hole guide to the to cutter and chamfer, and also surgical resurfacing prosthesis through the 3D printing process. The manufacture of the surgical tools models obtained by 3D printing process allowed a visual analysis of the prototypes that served as references for the definitive surgical tool made in steel. Such tools were validated by means of laboratory bench tests using resin models of dogs\' bones. It was possible to conclude that the technique of hip resurfacing in dogs can be employed in conjunction with the proposed surgical tools in the joints of dogs with hip dysplasia in a very near future. Due to its full functionality and large demand of clinical cases for this procedure, the technique may be offered to the population at an affordable cost. It is also an innovative and promising technique in the context of veterinary orthopedics.

É estudada, conceitualmente a técnica de recapeamento de quadril de cães como modelo cirúrgico. A artroplastia do quadril foi desenvolvida com a finalidade de estabelecer a mobilidade articular e também no alívio da dor de pacientes humanos. Em animais, principalmente os cães, a artroplastia total, é um procedimento cirúrgico muito utilizado na articulação coxofemoral para a correção de patologias de quadril, sejam elas degenerativas traumáticas ou inflamatórias além de aliviar a dor. A artroplastia de recapeamento de quadril em humanos tem se mostrado uma técnica muito eficiente por estar próxima da anatomia natural do quadril e tem sido aplicada em pacientes jovens e ativos. A vantagem de se realizar a técnica de recapeamento é que nesta, há uma ressecção mínima da cabeça femoral e que promove uma melhora em relação à estabilidade da articulação, entretanto essa técnica ainda não é aplicada em animais. O presente trabalho tem por objetivo estudar a técnica de recapeamento de quadril de cães de forma análoga as técnicas aplicadas em humanos e também, propor um projeto de ferramental cirúrgico específico em conjunto com o protocolo cirúrgico. A técnica conceitual de artroplastia de recapeamento de quadril de cães foi desenvolvida a partir de um fêmur canino onde foram desenvolvidos os conceitos da técnica cirúrgica e o protótipo do ferramental cirúrgico necessário para o desenvolvimento desta técnica. Inicialmente foram feitas aquisições das imagens dos objetos do trabalho (fêmur canino, ferramental cirúrgico e prótese cirúrgica) que foram convertidas em arquivos CAD; a partir destes foram gerados cópias em gesso através do processo de impressão 3D do ferramental cirúrgico desde o guia de furação até a fresa de chanframento e também da prótese cirúrgica de recapeamento. A fabricação do ferramental cirúrgico obtido pelo processo de impressão 3D possibilitou uma análise visual dos protótipos que serviram de modelos para a fabricação do ferramental cirúrgico definitivo, sendo este, confeccionado em aço. Isso permitiu sua validação em bancada de laboratório através de testes realizados em modelos de ossos de cães em resina. Conclui-se que a técnica de recapeamento de quadril de cães validada em bancada de laboratório poderá ser realizada em conjunto com o ferramental cirúrgico proposto para em um futuro muito próximo ser usado em articulações de cães portadores de displasia coxofemoral devido a sua funcionalidade e à demanda de casos clínicos para este procedimento. A técnica cirúrgica de recapeamento estudada poderá ser oferecida a população a um custo acessível por ser inovadora e promissora no contexto da ortopedia veterinária. / The study conceptually describes a surgical model for dog hip resurfacing technique. Hip arthroplasty was developed to restore joint mobility and relieve of human patients pain. In animals, especially dogs, total arthroplasty is a surgical procedure commonly used to correct traumatic, degenerative and inflammatory hip diseases and alleviate pain. The resurfacing hip arthroplasty in humans, applied in young and active patients, has shown to be an efficient technique. The advantage of using this technique is that there will be a minimal resection of the femoral head, improving the stability of the joint; however it has not been applied to animals yet. The present dissertation reports on the study of hip resurfacing technique for dogs in a similar way it is applied in humans. It also proposes a specific surgical tooling design in conjunction with the surgical protocol. The technical concept of hip resurfacing arthroplasty for dogs was developed from a canine femur from which the concepts of the surgical technique and the prototypes of the necessary surgical tools were developed. Initially, images of the objects used in the work (canine femur, surgical tools and surgical prosthesis) were acquired. They were then converted into CAD files, which generated plaster copies of surgical tools, from the hole guide to the to cutter and chamfer, and also surgical resurfacing prosthesis through the 3D printing process. The manufacture of the surgical tools models obtained by 3D printing process allowed a visual analysis of the prototypes that served as references for the definitive surgical tool made in steel. Such tools were validated by means of laboratory bench tests using resin models of dogs\' bones. It was possible to conclude that the technique of hip resurfacing in dogs can be employed in conjunction with the proposed surgical tools in the joints of dogs with hip dysplasia in a very near future. Due to its full functionality and large demand of clinical cases for this procedure, the technique may be offered to the population at an affordable cost. It is also an innovative and promising technique in the context of veterinary orthopedics.

O Engineered Cementitious Composite ou ECC é um compósito cimentício de elevada capacidade de deformação, concebido na Universidade de Michigan. Constituído por agregados miúdos, cimento e fibras, o compósito apresenta elevada ductilidade associada com a capacidade de gerar microfissuras quando submetido a carregamentos, num comportamento conhecido como strain-hardening. As pesquisas previamente desenvolvidas no Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) da UFRGS objetivaram caracterizar um ECC adaptado aos materiais do Brasil, adicionando-se fibras de polipropileno na elaboração do compósito, e estudando-se alternativas para a substituição parcial de cimento. Na pesquisa aqui relatada, adotou-se o traço de referência definido previamente (ECCRef) e também foi utilizado um traço alternativo com 30% (em volume) de cinza de casca de arroz moída por 4 horas, em substituição parcial do cimento (ECCCCA). A pesquisa foi dividida em duas abordagens. A primeira consistiu na caracterização das propriedades mecânica dos traços em laboratório com a realização de ensaios de resistência à tração na flexão, à compressão simples, avaliação da aderência por cisalhamento direto e da trabalhabilidade, bem como ensaios de fadiga em viga quatro pontos. Em ensaios monotônicos o ECCCCA apresentou uma resistência à tração na flexão média (ft,f) de 8,2 MPa e resistência à compressão simples média (fc) de 50 MPa; já o ECCRef teve valores médios de 6,8 MPa e 36 MPa, respetivamente. Nos ensaios de aderência obtiveram-se resistências ao cisalhamento de 2050 kPa (ECCCCA) e 1900 kPa (ECCRef) A avaliação da trabalhabilidade permitiu estabelecer critérios para aprimorar o processo de mistura e manuseio do material em estado fresco, desta forma obteve-se adequada trabalhabilidade no ensaio de flow table, que aumentou de 44 para 90, possibilitando a utilização de betoneiras de tombo e obter os volumes de material necessários. Com os resultados dos ensaios dinâmicos foram estabelecidos modelos de fadiga em termos da deformação específica de extensão inicial (εti), deformação específica de extensão inicial normalizada (ti/εtP) e tração inicial (σti), assim como da energia dissipada (DE), igualmente foi possível estudar o processo de degradação dos compósitos. A segunda abordagem da pesquisa consistiu na realização de ensaios em verdadeira grandeza, com a utilização do simulador de tráfego do Laboratório de Pavimentação (LAPAV). Foram construídos dois recapeamentos (de 50 e 30 mm de espessura) sobre pavimentos flexíveis que apresentavam idêntico padrão de trincamento. Em cada recapeamento foram aplicados 100 mil ciclos da carga de semi-eixo de 5,5 toneladas. Foram acompanhados, visualmente, o surgimento e evolução de fissuras e outras manifestações patológicas, bem como o desgaste superficial, por meio dos ensaios de Pêndulo Britânico e Altura de Mancha de Areia. Após o fim do tráfego, foram serradas placas das seções trafegadas para verificar a propagação das fissuras e a aderência entre o compósito e o pavimento. Concluiu-se que o controle de qualidade na mistura é fundamental para garantir a qualidade da superfície. Além disso, percebeu-se que a aparição de fissuras está associada com possíveis problemas de aderência ECC-pavimento asfáltico, e em menor escala reflexão de fissuras. Globalmente, constatou-se que é possível produzir ECC’s com materiais disponíveis no estado e que este material pode ser aplicado na restauração de pavimentos. / Engineered Cementitious Composite or ECC is a material with a high deformation capacity, designed at the University of Michigan. Composed of fine aggregates, cement and fibres, the composite presents high ductility associated with the ability to generate microcracks when loaded, in a behavior known as strain-hardening. The research previously developed in the Laboratory of Structural Models and Tests (LEME) of UFRGS aimed to characterize an ECC adapted to the materials of Brazil, adding polypropylene fibres in the preparation of the composite, and studying alternatives for the partial replacement of cement. In the research reported here, the previously defined reference mix proportion (ECCRef) was adopted and an alternative mix proportion was used with 30% (by volume) of unprocessed rice-husk ash grinded for 4 hours, in partial replacement of the cement (ECCCCA). The research was divided into two approaches. The first one consisted in the characterization of the mechanical properties of the ECC’s in the laboratory with the execution of tests of flexural behavior and compressive strength, evaluation of adhesion by direct shear tests and the workability, as well as fatigue tests in four point configuration. In monotonic tests ECCCCA showed a resistance to flexural strength of 8.2 MPa and average compression strength of 50 MPa; ECCRef had mean values of 6.8 MPa and 36 MPa, respectively. In the adhesion tests, shear strengths of 2050 kPa (ECCCCA) and 1900 kPa (ECCRef) were obtained The evaluation of the workability allowed for the determination of criteria to improve the process of mixing and handling of the material in fresh state, in this way, adequate workability was obtained in the flow table test, which increased from 44 to 90, permitting the use of concrete mixer machines and to obtain the required volumes of material. With the results of the dynamic tests, fatigue models were stipulated in terms of initial tensile strain (εti), normalized initial tensile strain (ti/εtP) and initial traction (σti), as well as the dissipated energy (DE), it was also possible to study the process of degradation of the composites. The second approach of the research consisted in the accomplishment of tests in true greatness, with the use of the Accelerated Loading Facility of the Laboratory of Pavements (LAPAV). Two overlays (50 and 30 mm thick) were built over flexible pavements that had the same cracking pattern. At each overlay, 100 thousand cycles of the semi-axle load of 5.5 tons were applied. The appearance and evolution of cracks and other pathologies were monitored visually, as well as surface wear through the British Pendulum and Sand Patch tests. After the end of the traffic simulator, plates of the trafficked sections were sawn to verify the propagation of the cracks and the adhesion between the composite and the pavement. It was concluded that the quality control in the mixture is fundamental to guarantee the quality of the surface. In addition, it was noticed that the appearance of cracks is associated with possible problems of adhesion ECC-asphalt pavement, and to a lesser extent reflective cracking. Overall, it has been found that it is possible to produce ECC's with Brazilian materials and the ECC can be applied in the restoration of pavements. / El ECC (Engineered Cementitious Composites) es un compósito cementicio de elevada capacidad de deformación desarrollado en la Universidad de Michigan. Conformado por agregados finos, cemento y fibras poliméricas, presenta una alta ductilidad asociada con la capacidad de generar microfisuras durante la aplicación de cargas, comportamiento conocido como strain-hardening. Las investigaciones previamente desarrolladas en el Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) de la UFRGS se direccionaron para caracterizar un ECC adaptado a los materiales brasileros, utilizando fibras de polipropileno y estudiando alternativas para la sustitución parcial del cemento. En la presente investigación se adoptó el trazo de referencia definido previamente (ECCRef), también fue utilizado un trazo alternativo con 30% (en volumen) de ceniza de cáscara de arroz molida por 4 horas como substituto parcial del cemento (ECCCCA). La investigación fue dividida en dos abordajes. La primera consistió en la caracterización de las propiedades mecánicas en laboratorio con la realización de ensayos de resistencia a tracción por flexión e compresión simple, evaluación de la adherencia por corte directo y de la trabajabilidad, además de ensayos de fatiga en viga cuatro puntos. En ensayos monotónicos el ECCCCA presentó una resistencia a la tracción por flexión media (ft,f) de 8,2 MPa y resistencia a la compresión simple media (fc) de 50 MPa; ya el ECCRef tuvo valores medios de 6,8 MPa y 36 MPa, respectivamente. En los ensayos de adherencia se obtuvieron resistencias al corte de 2050 kPa (ECCCCA) y 1900 kPa (ECCRef). La evaluación de la trabajabilidad permitió establecer criterios para mejorar el proceso de mezcla y manipulación del material en estado fresco, de esa forma se obtuvo una adecuada trabajabilidad en el ensayo de flow table, que aumentó de 44 para 90, posibilitando la utilización de mezcladoras de tambor y la obtención de los volúmenes de material necesarios. Con los resultados de los ensayos dinámicos fueron establecidos modelos de fatiga en términos de la deformación específica de extensión inicial (εti), de la deformación específica de extensión inicial normalizada (ti/εtP), de la tracción inicial (σti) y de la energía disipada (DE), igualmente fue posible estudiar el proceso de degradación de los compósitos El segundo abordaje de la investigación consistió en la realización de ensayos en verdadera grandeza con la utilización del simulador de tráfico del Laboratório de Pavimentação (LAPAV). Fueron construidos dos recapeamentos (de 50 y 30 mm de altura) sobre pavimentos flexibles que presentaban idéntico patrón de fisuración. En cada recapeamento fueron aplicados 100 mil ciclos da carga de semi-eje de 5,5 toneladas. Fueron acompañados, visualmente, la aparición y evolución de fisuras y otras patologías, así como el desgaste superficial por medio de los ensayos de Péndulo Británico y Altura de Mancha de Arena. Una vez terminados los ciclos de carga, fueron extraídas placas de las secciones ensayadas para verificar la propagación de las fisuras y la adherencia entre el compósito y el pavimento. Se concluyó que el control de calidad durante el proceso de mezcla es fundamental para garantizar la calidad superficial. Además, fue percibido que la aparición de fisuras está asociada con posibles problemas de adherencia ECC-pavimento asfáltico y en menor escala reflexión de fisuras. Globalmente, se constató que es posible producir ECC’s con materiales disponibles a nivel local y que este material puede ser aplicado en la restauración de pavimentos.

O Engineered Cementitious Composite ou ECC é um compósito cimentício de elevada capacidade de deformação, concebido na Universidade de Michigan. Constituído por agregados miúdos, cimento e fibras, o compósito apresenta elevada ductilidade associada com a capacidade de gerar microfissuras quando submetido a carregamentos, num comportamento conhecido como strain-hardening. As pesquisas previamente desenvolvidas no Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) da UFRGS objetivaram caracterizar um ECC adaptado aos materiais do Brasil, adicionando-se fibras de polipropileno na elaboração do compósito, e estudando-se alternativas para a substituição parcial de cimento. Na pesquisa aqui relatada, adotou-se o traço de referência definido previamente (ECCRef) e também foi utilizado um traço alternativo com 30% (em volume) de cinza de casca de arroz moída por 4 horas, em substituição parcial do cimento (ECCCCA). A pesquisa foi dividida em duas abordagens. A primeira consistiu na caracterização das propriedades mecânica dos traços em laboratório com a realização de ensaios de resistência à tração na flexão, à compressão simples, avaliação da aderência por cisalhamento direto e da trabalhabilidade, bem como ensaios de fadiga em viga quatro pontos. Em ensaios monotônicos o ECCCCA apresentou uma resistência à tração na flexão média (ft,f) de 8,2 MPa e resistência à compressão simples média (fc) de 50 MPa; já o ECCRef teve valores médios de 6,8 MPa e 36 MPa, respetivamente. Nos ensaios de aderência obtiveram-se resistências ao cisalhamento de 2050 kPa (ECCCCA) e 1900 kPa (ECCRef) A avaliação da trabalhabilidade permitiu estabelecer critérios para aprimorar o processo de mistura e manuseio do material em estado fresco, desta forma obteve-se adequada trabalhabilidade no ensaio de flow table, que aumentou de 44 para 90, possibilitando a utilização de betoneiras de tombo e obter os volumes de material necessários. Com os resultados dos ensaios dinâmicos foram estabelecidos modelos de fadiga em termos da deformação específica de extensão inicial (εti), deformação específica de extensão inicial normalizada (ti/εtP) e tração inicial (σti), assim como da energia dissipada (DE), igualmente foi possível estudar o processo de degradação dos compósitos. A segunda abordagem da pesquisa consistiu na realização de ensaios em verdadeira grandeza, com a utilização do simulador de tráfego do Laboratório de Pavimentação (LAPAV). Foram construídos dois recapeamentos (de 50 e 30 mm de espessura) sobre pavimentos flexíveis que apresentavam idêntico padrão de trincamento. Em cada recapeamento foram aplicados 100 mil ciclos da carga de semi-eixo de 5,5 toneladas. Foram acompanhados, visualmente, o surgimento e evolução de fissuras e outras manifestações patológicas, bem como o desgaste superficial, por meio dos ensaios de Pêndulo Britânico e Altura de Mancha de Areia. Após o fim do tráfego, foram serradas placas das seções trafegadas para verificar a propagação das fissuras e a aderência entre o compósito e o pavimento. Concluiu-se que o controle de qualidade na mistura é fundamental para garantir a qualidade da superfície. Além disso, percebeu-se que a aparição de fissuras está associada com possíveis problemas de aderência ECC-pavimento asfáltico, e em menor escala reflexão de fissuras. Globalmente, constatou-se que é possível produzir ECC’s com materiais disponíveis no estado e que este material pode ser aplicado na restauração de pavimentos. / Engineered Cementitious Composite or ECC is a material with a high deformation capacity, designed at the University of Michigan. Composed of fine aggregates, cement and fibres, the composite presents high ductility associated with the ability to generate microcracks when loaded, in a behavior known as strain-hardening. The research previously developed in the Laboratory of Structural Models and Tests (LEME) of UFRGS aimed to characterize an ECC adapted to the materials of Brazil, adding polypropylene fibres in the preparation of the composite, and studying alternatives for the partial replacement of cement. In the research reported here, the previously defined reference mix proportion (ECCRef) was adopted and an alternative mix proportion was used with 30% (by volume) of unprocessed rice-husk ash grinded for 4 hours, in partial replacement of the cement (ECCCCA). The research was divided into two approaches. The first one consisted in the characterization of the mechanical properties of the ECC’s in the laboratory with the execution of tests of flexural behavior and compressive strength, evaluation of adhesion by direct shear tests and the workability, as well as fatigue tests in four point configuration. In monotonic tests ECCCCA showed a resistance to flexural strength of 8.2 MPa and average compression strength of 50 MPa; ECCRef had mean values of 6.8 MPa and 36 MPa, respectively. In the adhesion tests, shear strengths of 2050 kPa (ECCCCA) and 1900 kPa (ECCRef) were obtained The evaluation of the workability allowed for the determination of criteria to improve the process of mixing and handling of the material in fresh state, in this way, adequate workability was obtained in the flow table test, which increased from 44 to 90, permitting the use of concrete mixer machines and to obtain the required volumes of material. With the results of the dynamic tests, fatigue models were stipulated in terms of initial tensile strain (εti), normalized initial tensile strain (ti/εtP) and initial traction (σti), as well as the dissipated energy (DE), it was also possible to study the process of degradation of the composites. The second approach of the research consisted in the accomplishment of tests in true greatness, with the use of the Accelerated Loading Facility of the Laboratory of Pavements (LAPAV). Two overlays (50 and 30 mm thick) were built over flexible pavements that had the same cracking pattern. At each overlay, 100 thousand cycles of the semi-axle load of 5.5 tons were applied. The appearance and evolution of cracks and other pathologies were monitored visually, as well as surface wear through the British Pendulum and Sand Patch tests. After the end of the traffic simulator, plates of the trafficked sections were sawn to verify the propagation of the cracks and the adhesion between the composite and the pavement. It was concluded that the quality control in the mixture is fundamental to guarantee the quality of the surface. In addition, it was noticed that the appearance of cracks is associated with possible problems of adhesion ECC-asphalt pavement, and to a lesser extent reflective cracking. Overall, it has been found that it is possible to produce ECC's with Brazilian materials and the ECC can be applied in the restoration of pavements. / El ECC (Engineered Cementitious Composites) es un compósito cementicio de elevada capacidad de deformación desarrollado en la Universidad de Michigan. Conformado por agregados finos, cemento y fibras poliméricas, presenta una alta ductilidad asociada con la capacidad de generar microfisuras durante la aplicación de cargas, comportamiento conocido como strain-hardening. Las investigaciones previamente desarrolladas en el Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) de la UFRGS se direccionaron para caracterizar un ECC adaptado a los materiales brasileros, utilizando fibras de polipropileno y estudiando alternativas para la sustitución parcial del cemento. En la presente investigación se adoptó el trazo de referencia definido previamente (ECCRef), también fue utilizado un trazo alternativo con 30% (en volumen) de ceniza de cáscara de arroz molida por 4 horas como substituto parcial del cemento (ECCCCA). La investigación fue dividida en dos abordajes. La primera consistió en la caracterización de las propiedades mecánicas en laboratorio con la realización de ensayos de resistencia a tracción por flexión e compresión simple, evaluación de la adherencia por corte directo y de la trabajabilidad, además de ensayos de fatiga en viga cuatro puntos. En ensayos monotónicos el ECCCCA presentó una resistencia a la tracción por flexión media (ft,f) de 8,2 MPa y resistencia a la compresión simple media (fc) de 50 MPa; ya el ECCRef tuvo valores medios de 6,8 MPa y 36 MPa, respectivamente. En los ensayos de adherencia se obtuvieron resistencias al corte de 2050 kPa (ECCCCA) y 1900 kPa (ECCRef). La evaluación de la trabajabilidad permitió establecer criterios para mejorar el proceso de mezcla y manipulación del material en estado fresco, de esa forma se obtuvo una adecuada trabajabilidad en el ensayo de flow table, que aumentó de 44 para 90, posibilitando la utilización de mezcladoras de tambor y la obtención de los volúmenes de material necesarios. Con los resultados de los ensayos dinámicos fueron establecidos modelos de fatiga en términos de la deformación específica de extensión inicial (εti), de la deformación específica de extensión inicial normalizada (ti/εtP), de la tracción inicial (σti) y de la energía disipada (DE), igualmente fue posible estudiar el proceso de degradación de los compósitos El segundo abordaje de la investigación consistió en la realización de ensayos en verdadera grandeza con la utilización del simulador de tráfico del Laboratório de Pavimentação (LAPAV). Fueron construidos dos recapeamentos (de 50 y 30 mm de altura) sobre pavimentos flexibles que presentaban idéntico patrón de fisuración. En cada recapeamento fueron aplicados 100 mil ciclos da carga de semi-eje de 5,5 toneladas. Fueron acompañados, visualmente, la aparición y evolución de fisuras y otras patologías, así como el desgaste superficial por medio de los ensayos de Péndulo Británico y Altura de Mancha de Arena. Una vez terminados los ciclos de carga, fueron extraídas placas de las secciones ensayadas para verificar la propagación de las fisuras y la adherencia entre el compósito y el pavimento. Se concluyó que el control de calidad durante el proceso de mezcla es fundamental para garantizar la calidad superficial. Además, fue percibido que la aparición de fisuras está asociada con posibles problemas de adherencia ECC-pavimento asfáltico y en menor escala reflexión de fisuras. Globalmente, se constató que es posible producir ECC’s con materiales disponibles a nivel local y que este material puede ser aplicado en la restauración de pavimentos.

O Engineered Cementitious Composite ou ECC é um compósito cimentício de elevada capacidade de deformação, concebido na Universidade de Michigan. Constituído por agregados miúdos, cimento e fibras, o compósito apresenta elevada ductilidade associada com a capacidade de gerar microfissuras quando submetido a carregamentos, num comportamento conhecido como strain-hardening. As pesquisas previamente desenvolvidas no Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) da UFRGS objetivaram caracterizar um ECC adaptado aos materiais do Brasil, adicionando-se fibras de polipropileno na elaboração do compósito, e estudando-se alternativas para a substituição parcial de cimento. Na pesquisa aqui relatada, adotou-se o traço de referência definido previamente (ECCRef) e também foi utilizado um traço alternativo com 30% (em volume) de cinza de casca de arroz moída por 4 horas, em substituição parcial do cimento (ECCCCA). A pesquisa foi dividida em duas abordagens. A primeira consistiu na caracterização das propriedades mecânica dos traços em laboratório com a realização de ensaios de resistência à tração na flexão, à compressão simples, avaliação da aderência por cisalhamento direto e da trabalhabilidade, bem como ensaios de fadiga em viga quatro pontos. Em ensaios monotônicos o ECCCCA apresentou uma resistência à tração na flexão média (ft,f) de 8,2 MPa e resistência à compressão simples média (fc) de 50 MPa; já o ECCRef teve valores médios de 6,8 MPa e 36 MPa, respetivamente. Nos ensaios de aderência obtiveram-se resistências ao cisalhamento de 2050 kPa (ECCCCA) e 1900 kPa (ECCRef) A avaliação da trabalhabilidade permitiu estabelecer critérios para aprimorar o processo de mistura e manuseio do material em estado fresco, desta forma obteve-se adequada trabalhabilidade no ensaio de flow table, que aumentou de 44 para 90, possibilitando a utilização de betoneiras de tombo e obter os volumes de material necessários. Com os resultados dos ensaios dinâmicos foram estabelecidos modelos de fadiga em termos da deformação específica de extensão inicial (εti), deformação específica de extensão inicial normalizada (ti/εtP) e tração inicial (σti), assim como da energia dissipada (DE), igualmente foi possível estudar o processo de degradação dos compósitos. A segunda abordagem da pesquisa consistiu na realização de ensaios em verdadeira grandeza, com a utilização do simulador de tráfego do Laboratório de Pavimentação (LAPAV). Foram construídos dois recapeamentos (de 50 e 30 mm de espessura) sobre pavimentos flexíveis que apresentavam idêntico padrão de trincamento. Em cada recapeamento foram aplicados 100 mil ciclos da carga de semi-eixo de 5,5 toneladas. Foram acompanhados, visualmente, o surgimento e evolução de fissuras e outras manifestações patológicas, bem como o desgaste superficial, por meio dos ensaios de Pêndulo Britânico e Altura de Mancha de Areia. Após o fim do tráfego, foram serradas placas das seções trafegadas para verificar a propagação das fissuras e a aderência entre o compósito e o pavimento. Concluiu-se que o controle de qualidade na mistura é fundamental para garantir a qualidade da superfície. Além disso, percebeu-se que a aparição de fissuras está associada com possíveis problemas de aderência ECC-pavimento asfáltico, e em menor escala reflexão de fissuras. Globalmente, constatou-se que é possível produzir ECC’s com materiais disponíveis no estado e que este material pode ser aplicado na restauração de pavimentos. / Engineered Cementitious Composite or ECC is a material with a high deformation capacity, designed at the University of Michigan. Composed of fine aggregates, cement and fibres, the composite presents high ductility associated with the ability to generate microcracks when loaded, in a behavior known as strain-hardening. The research previously developed in the Laboratory of Structural Models and Tests (LEME) of UFRGS aimed to characterize an ECC adapted to the materials of Brazil, adding polypropylene fibres in the preparation of the composite, and studying alternatives for the partial replacement of cement. In the research reported here, the previously defined reference mix proportion (ECCRef) was adopted and an alternative mix proportion was used with 30% (by volume) of unprocessed rice-husk ash grinded for 4 hours, in partial replacement of the cement (ECCCCA). The research was divided into two approaches. The first one consisted in the characterization of the mechanical properties of the ECC’s in the laboratory with the execution of tests of flexural behavior and compressive strength, evaluation of adhesion by direct shear tests and the workability, as well as fatigue tests in four point configuration. In monotonic tests ECCCCA showed a resistance to flexural strength of 8.2 MPa and average compression strength of 50 MPa; ECCRef had mean values of 6.8 MPa and 36 MPa, respectively. In the adhesion tests, shear strengths of 2050 kPa (ECCCCA) and 1900 kPa (ECCRef) were obtained The evaluation of the workability allowed for the determination of criteria to improve the process of mixing and handling of the material in fresh state, in this way, adequate workability was obtained in the flow table test, which increased from 44 to 90, permitting the use of concrete mixer machines and to obtain the required volumes of material. With the results of the dynamic tests, fatigue models were stipulated in terms of initial tensile strain (εti), normalized initial tensile strain (ti/εtP) and initial traction (σti), as well as the dissipated energy (DE), it was also possible to study the process of degradation of the composites. The second approach of the research consisted in the accomplishment of tests in true greatness, with the use of the Accelerated Loading Facility of the Laboratory of Pavements (LAPAV). Two overlays (50 and 30 mm thick) were built over flexible pavements that had the same cracking pattern. At each overlay, 100 thousand cycles of the semi-axle load of 5.5 tons were applied. The appearance and evolution of cracks and other pathologies were monitored visually, as well as surface wear through the British Pendulum and Sand Patch tests. After the end of the traffic simulator, plates of the trafficked sections were sawn to verify the propagation of the cracks and the adhesion between the composite and the pavement. It was concluded that the quality control in the mixture is fundamental to guarantee the quality of the surface. In addition, it was noticed that the appearance of cracks is associated with possible problems of adhesion ECC-asphalt pavement, and to a lesser extent reflective cracking. Overall, it has been found that it is possible to produce ECC's with Brazilian materials and the ECC can be applied in the restoration of pavements. / El ECC (Engineered Cementitious Composites) es un compósito cementicio de elevada capacidad de deformación desarrollado en la Universidad de Michigan. Conformado por agregados finos, cemento y fibras poliméricas, presenta una alta ductilidad asociada con la capacidad de generar microfisuras durante la aplicación de cargas, comportamiento conocido como strain-hardening. Las investigaciones previamente desarrolladas en el Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) de la UFRGS se direccionaron para caracterizar un ECC adaptado a los materiales brasileros, utilizando fibras de polipropileno y estudiando alternativas para la sustitución parcial del cemento. En la presente investigación se adoptó el trazo de referencia definido previamente (ECCRef), también fue utilizado un trazo alternativo con 30% (en volumen) de ceniza de cáscara de arroz molida por 4 horas como substituto parcial del cemento (ECCCCA). La investigación fue dividida en dos abordajes. La primera consistió en la caracterización de las propiedades mecánicas en laboratorio con la realización de ensayos de resistencia a tracción por flexión e compresión simple, evaluación de la adherencia por corte directo y de la trabajabilidad, además de ensayos de fatiga en viga cuatro puntos. En ensayos monotónicos el ECCCCA presentó una resistencia a la tracción por flexión media (ft,f) de 8,2 MPa y resistencia a la compresión simple media (fc) de 50 MPa; ya el ECCRef tuvo valores medios de 6,8 MPa y 36 MPa, respectivamente. En los ensayos de adherencia se obtuvieron resistencias al corte de 2050 kPa (ECCCCA) y 1900 kPa (ECCRef). La evaluación de la trabajabilidad permitió establecer criterios para mejorar el proceso de mezcla y manipulación del material en estado fresco, de esa forma se obtuvo una adecuada trabajabilidad en el ensayo de flow table, que aumentó de 44 para 90, posibilitando la utilización de mezcladoras de tambor y la obtención de los volúmenes de material necesarios. Con los resultados de los ensayos dinámicos fueron establecidos modelos de fatiga en términos de la deformación específica de extensión inicial (εti), de la deformación específica de extensión inicial normalizada (ti/εtP), de la tracción inicial (σti) y de la energía disipada (DE), igualmente fue posible estudiar el proceso de degradación de los compósitos El segundo abordaje de la investigación consistió en la realización de ensayos en verdadera grandeza con la utilización del simulador de tráfico del Laboratório de Pavimentação (LAPAV). Fueron construidos dos recapeamentos (de 50 y 30 mm de altura) sobre pavimentos flexibles que presentaban idéntico patrón de fisuración. En cada recapeamento fueron aplicados 100 mil ciclos da carga de semi-eje de 5,5 toneladas. Fueron acompañados, visualmente, la aparición y evolución de fisuras y otras patologías, así como el desgaste superficial por medio de los ensayos de Péndulo Británico y Altura de Mancha de Arena. Una vez terminados los ciclos de carga, fueron extraídas placas de las secciones ensayadas para verificar la propagación de las fisuras y la adherencia entre el compósito y el pavimento. Se concluyó que el control de calidad durante el proceso de mezcla es fundamental para garantizar la calidad superficial. Además, fue percibido que la aparición de fisuras está asociada con posibles problemas de adherencia ECC-pavimento asfáltico y en menor escala reflexión de fisuras. Globalmente, se constató que es posible producir ECC’s con materiales disponibles a nivel local y que este material puede ser aplicado en la restauración de pavimentos.