Orientador: Zanoni Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T03:52:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_UlissesMartins_D.pdf: 19168517 bytes, checksum: 463a6e15e1414ce37a0fe80f92de6b07 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Esta tese aborda três aspectos da comparação entre genomas: primeiro, eventos de transposição; segundo, eventos de reversão e de reversão quase-simétrica; terceiro, estudo da distância entre genomas sem ligação com algum tipo específico de rearranjo. O estudo do primeiro aspecto, eventos de transposição, permitiu a criação de um novo algoritmo de aproximação na razão 1.375 e de modelos exatos usando programação em lógica com restrições para o problema da distância de transposição. Ambas as abordagens foram comparadas com outras semelhantes encontradas na literatura e, em ambos os casos, foi mostrado que o produto aqui apresentado é superior 'aqueles previamente conhecidos. Sob o segundo aspecto, eventos de reversões e de reversões quase-simétricas, houve avanços relacionados ao entendimento do processo de diferenciação das espécies na família Pseudomonadaceae e nos gêneros Mycobacterium, Shewanella e Xanthomonas com a criação de uma ferramenta de simulação capaz de gerar um histórico evolutivo com características semelhantes 'as observadas nos referidos grupos. Além disso, foram obtidos avanços em abordagens algorítmicas para o problema de construção de scaffolds usando um genoma de referência. De modo particular, foi obtida uma ferramenta superior 'as demais existentes na literatura para construção de scaffolds de genomas bacteriais. Ainda neste segundo aspecto, tratou-se do problema da distância de reversões quase-simétricas com a geração de um algoritmo guloso que fornece uma sequência de reversões quase-simétricas para ordenar qualquer permutação, além de algoritmos exatos para várias famílias específicas de permutações. No que diz respeito ao terceiro aspecto, foram desenvolvidas duas medidas que podem ser calculadas de forma eficiente (poucos segundos). Uma das medidas é adequada para genomas próximos e a outra é adequada para genomas distantes. Ambas foram avaliadas com genomas bacteriais reais, o que mostrou as vantagens e limitações de cada medida. Com esta tese, espera-se ter contribuído para a área de comparação de genomas em geral e, em particular, para a área de rearranjo de genomas / Abstract: In this PhD thesis, we work on three aspects of genome comparison: first, transposition events; second, inversion and almost-symmetric inversion events; third, whole-genome distance measures that are not connected to any specific kind of rearrangement event. The study of transposition events (first aspect) allowed us to create a new 1.375-approximation algorithm and some exact models using constraint logic programming. These approaches were compared to other published methods and in all cases our methods perform best. The second aspect of this thesis concerns inversion and almost-symmetric inversion events. In this regard, we developed a simulation tool for the study of symmetric inversions in bacterial genomes. Through this work we were able to contribute to the understanding of the evolutionary differentiation process in species of the following groups: the Pseudomonadaceae family, the Xanthomonas genus, the Shewanella genus, and the Mycobacterium genus. We used the knowledge acquired in building our simulation tool to establish a method that uses inversion signatures to generate draft genome sequence scaffolds using a complete genome as a reference. Apart from the practical applications of this research, we contribute to the computer science field by providing a theoretical framework for the almost-symmetric distance problem that can be improved in the future and can serve as a basis for approximation and heuristic algorithms. This framework is comprised of a greedy algorithm for any permutation, exact algorithms for specific families of permutation, and several lemmas and conjectures related to these problems. The third and last aspect of this thesis addresses the need for methods that can quickly and effectively compare large sets of genome sequences. We propose two new methods for efficiently determining whole genome sequence distance measures. One of them is aimed at comparing closely related genomes, and the other is meant to compare more distant genomes. Both measures were evaluated in order to find their limitations and their efficacy. It is our hope that thiswork represents a contribution to knowledge of the genome comparison field in general, and the genome rearrangement field, in particular / Doutorado / Ciência da Computação / Doutor em Ciência da Computação

Orientador: João Meidanis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T17:01:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Feijao_PedroCipriano_D.pdf: 1943126 bytes, checksum: 4c547e8c568bbd0f2eb8235dfde05524 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Rearranjo de genomas é o nome dado a eventos onde grandes blocos de DNA trocam de posição durante o processo evolutivo. Com a crescente disponibilidade de sequências completas de DNA, a análise desse tipo de eventos pode ser uma importante ferramenta para o entendimento da genômica evolutiva. Vários modelos matemáticos de rearranjo de genomas foram propostos ao longo dos últimos vinte anos. Nesta tese, desenvolvemos dois novos modelos. O primeiro foi proposto como uma definição alternativa ao conceito de distância de breakpoint. Essa distância é uma das mais simples medidas de rearranjo, mas ainda não há um consenso quanto à sua definição para o caso de genomas multi-cromossomais. Pevzner e Tesler deram uma definição em 2003 e Tannier et al. a definiram de forma diferente em 2008. Nesta tese, nós desenvolvemos uma outra alternativa, chamada de single-cut-or-join (SCJ). Nós mostramos que, no modelo SCJ, além da distância, vários problemas clássicos de rearranjo, como a mediana de rearranjo, genome halving e pequena parcimônia são fáceis, e apresentamos algoritmos polinomiais para eles. O segundo modelo que apresentamos é o formalismo algébrico por adjacências, uma extensão do formalismo algébrico proposto por Meidanis e Dias, que permite a modelagem de cromossomos lineares. Esta era a principal limitação do formalismo original, que só tratava de cromossomos circulares. Apresentamos algoritmos polinomiais para o cálculo da distância algébrica e também para encontrar cenários de rearranjo entre dois genomas. Também mostramos como calcular a distância algébrica através do grafo de adjacências, para facilitar a comparação com outras distâncias de rearranjo. Por fim, mostramos como modelar todas as operações clássicas de rearranjo de genomas utilizando o formalismo algébrico / Abstract: Genome rearrangements are events where large blocks of DNA exchange places during evolution. With the growing availability of whole genome data, the analysis of these events can be a very important and promising tool for understanding evolutionary genomics. Several mathematical models of genome rearrangement have been proposed in the last 20 years. In this thesis, we propose two new rearrangement models. The first was introduced as an alternative definition of the breakpoint distance. The breakpoint distance is one of the most straightforward genome comparison measures, but when it comes to defining it precisely for multichromosomal genomes, there is more than one way to go about it. Pevzner and Tesler gave a definition in a 2003 paper, and Tannier et al. defined it differently in 2008. In this thesis we provide yet another alternative, calling it single-cut-or-join (SCJ). We show that several genome rearrangement problems, such as genome median, genome halving and small parsimony, become easy for SCJ, and provide polynomial time algorithms for them. The second model we introduce is the Adjacency Algebraic Theory, an extension of the Algebraic Formalism proposed by Meidanis and Dias that allows the modeling of linear chromosomes, the main limitation of the original formalism, which could deal with circular chromosomes only. We believe that the algebraic formalism is an interesting alternative for solving rearrangement problems, with a different perspective that could complement the more commonly used combinatorial graph-theoretic approach. We present polynomial time algorithms to compute the algebraic distance and find rearrangement scenarios between two genomes. We show how to compute the rearrangement distance from the adjacency graph, for an easier comparison with other rearrangement distances. Finally, we show how all classic rearrangement operations can be modeled using the algebraic theory / Doutorado / Ciência da Computação / Doutor em Ciência da Computação

Submitted by Larissa Vitoria Cardoso Cusielo (larissavitoria@id.uff.br) on 2017-05-18T18:46:10Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Dissertação Final.pdf: 4890411 bytes, checksum: 887631078f037b68ca5913f92a23a12d (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Produto Final.pdf: 2882685 bytes, checksum: 2d9b9e8f82f760f5fd156b621f0f073e (MD5) / Rejected by Biblioteca do Aterrado BAVR (bavr@ndc.uff.br), reason: oi on 2017-05-22T16:24:13Z (GMT) / Submitted by Larissa Vitoria Cardoso Cusielo (larissavitoria@id.uff.br) on 2017-05-22T17:11:46Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Dissertação Final.pdf: 4890411 bytes, checksum: 887631078f037b68ca5913f92a23a12d (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Produto Final.pdf: 2882685 bytes, checksum: 2d9b9e8f82f760f5fd156b621f0f073e (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca do Aterrado BAVR (bavr@ndc.uff.br) on 2017-08-21T16:14:27Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Dissertação Final.pdf: 4890411 bytes, checksum: 887631078f037b68ca5913f92a23a12d (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Produto Final.pdf: 2882685 bytes, checksum: 2d9b9e8f82f760f5fd156b621f0f073e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-21T16:14:27Z (GMT). No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Dissertação Final.pdf: 4890411 bytes, checksum: 887631078f037b68ca5913f92a23a12d (MD5) Gláucia Martins Ricardo Souza - Produto Final.pdf: 2882685 bytes, checksum: 2d9b9e8f82f760f5fd156b621f0f073e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física. Volta Redonda,RJ / O ensino de física para o ensino fundamental vem sendo muito discutido ao longo dos últimos anos tanto no Ensino Fundamental I – 1o ao 5o ano – quanto para o Ensino Fundamental II – 6o ao 9o ano. Neste último segmento, a física frequentemente é apresentada no 9o ano, de forma independente, dividindo espaço com a química na disciplina de ciências. Em geral preterida frente a química, por questão de preferência ocasionada pela formação do professor de ciências, é nesta fase que os alunos têm, ou deveriam ter, o primeiro contato com os conceitos fundamentais da mecânica newtoniana. Não raro, os alunos apresentam dificuldades em superar concepções aristotélicas, muito presentes no senso comum, a que o adolescente está inserido desde a tenra infância. Por outro lado, o uso, por estes alunos, de tecnologias de informação (TI) através de celulares, tablets e computadores, cada vez mais frequentes na escola, permite explorarmos esta realidade em que a atual geração de estudantes está inserida, para inovarmos na prática docente. Tendo este panorama em mente, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um produto educacional com o uso do simulador PHET no ensino de noções de mecânica para o 9o ano do ensino fundamental. O produto consiste em um roteiro de atividades a serem realizadas pelos alunos através da observação da simulação. Duas abordagens são exploradas: uma em que o aluno realiza a simulação em um laboratório de informática e outra em que o professor realiza a simulação e o aluno acompanha através de um projetor multimídia. Um manual de aplicação detalhado é fornecido juntamente com o produto. Para descrever o desenvolvimento deste produto, apresentamos uma breve fundamentação teórica que discute o uso de simulações sob a ótica da aprendizagem significativa de Ausubel. Descrevemos a metodologia utilizada para montagem, aplicação e avaliação do produto. O produto foi aplicado em turmas da pesquisadora bem como por uma outra professora de ciências. Os resultados da aplicação são avaliados pela técnica de análise de conteúdo aplicado aos roteiros, bem como através de questionário de sondagem aplicados aos alunos e uma entrevista com a professora colaboradora. O produto se mostrou de fácil aplicação e os resultados mostram a viabilidade do uso do mesmo nas aulas de física par o 9o ano do ensino fundamental. / The physical education for elementary schools has been widely discussed over the past few years both in the first cycle - 1st to 5th year - and for the second one - 6th to 9th year. In the latter cycle, physics is often presented in the 9th year, independently, sharing space with the chemical in a unique discipline: science. Overall deprecated front chemistry, as a matter of preference caused by the formation of the science teacher, it is at this stage that students have, or should have, the first contact with the basic concepts of Newtonian mechanics. Often, students have difficulties in overcoming Aristotelian conceptions, very present in the common sense, that the teenager is inserted from early childhood. On the other hand, the use for these students, information technology (IT) through mobile phones, tablets and computers, more and more frequent in school, lets explore this reality in which the current generation of students is inserted to innovate in teaching practice. With this background in mind, this dissertation presents the development of an educational product using the PHET simulator in teaching mechanical notions to the 9th grade of elementary school. The product consists of an activity guide to be performed by the students by observing the simulation. Two approaches are explored: one in which the student performs the simulation in a computer lab and another in which the teacher performs the simulation and the student follows through a multimedia projector. A detailed application manual is provided with the product. To describe the development of this product is a brief theoretical framework that discusses the use of simulations from the perspective of meaningful learning of Ausubel. We describe the methodology used for assembly, implementation and evaluation of the product. The product was applied to a researcher at the classes as well as another science teacher. The application results are evaluated by content analysis technique applied to scripts, as well as through survey questionnaire applied to students and an interview with a collaborating professor. The product proved easy to apply and the results show the feasibility of using the same in physics classes pair the ninth year of elementary school.

Orientador: José Roberto Nunhez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T14:31:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Spogis_Nicolas_D.pdf: 69966083 bytes, checksum: 554cc0001f4c590e07f36262cc8c616b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Atualmente o ciclo de desenvolvimento de produtos requer um baixo tempo de projeto e mínimos custos. Ao mesmo tempo, a qualidade final do produto não deve ser afetada; pelo contrário, as companhias precisam melhorar seus produtos para se manterem no mercado competitivo. Em muitas indústrias, o uso de software de otimização de projetos está se tornando a principal ferramenta para alcançar rapidamente estas metas aparentemente contraditórias. O projeto de processos químicos e equipamentos é uma tarefa que exige um apoio experimental significante e um grande número de protótipos e testes. Visando reduzir o tempo de desenvolvimento, os softwares ANSYS CFX e modeFRONTIER foram acoplados a fim de obter um projeto de um impelidor de alta eficiência para aplicações "flow-controlled" e para mistura de produtos de baixa viscosidade. A análise de desempenho do impelidor foi realizada através do modelo de turbulência SST (Shear- Stress Transport) acoplado com um modelo de correção para curvatura das linhas de correntes. O modelo SST combina as vantagens dos modelos k- ? e k-?, garantindo uma excelente relação entre a tensão turbulenta e energia cinética turbulenta, além de fornecer uma predição precisa e robusta de descolamentos/separações da camada limite. Os modelos "Multiple Frames of Reference" e "Frozen Rotor Frame Change" foram usados para investigar a interação entre as partes móveis (impelidor) e as partes estáticas (parede do vaso e chicanas) no tanque de mistura. Um algoritmo estocástico robusto (MOGA II) foi utilizado como método de otimização. A otimização multi-objetivo possui sete variáveis de entrada, duas restrições não lineares, e duas funçõesobjetivo. Através deste estudo foi possível obter um aumento simultâneo da capacidade de bombeamento do impelidor e da homogeneidade de mistura / Abstract: Nowadays product development cycle requires shorter turnaround times and lowers costs. At the same time, quality should not suffer; on the contrary, companies need to improve their products in order to remain competitive. In many industries, the use of design optimization software is fast becoming the major way to achieve these apparently conflicting goals. The project of chemical processes and equipments is a task that demands a significant experimental support and a great number of prototypes and tests. Aiming at reducing the development time, ANSYS CFX tools have been successfully coupled to modeFRONTIER so as to lead to an optimal design of a high efficiency impeller for flow-controlled, low viscosity applications. The analysis of impeller shape performance was carried out with the SST (Shear-Stress Transport) model coupled with the streamline curvature turbulence model. The SST model combines the advantages from the k-? and k-? models, ensuring proper relation between turbulent stress and turbulent kinetic energy and allowing accurate and robust prediction of the impeller blade flow separation. The Multiple Frames of Reference and the Frozen Rotor Frame Change model were used in order to investigate the rotor/stator interaction inside the mixing vessel. A robust stochastic algorithm was used for the automatic multi-objective constrained shape design process. The multi-objective function has seven design variables, two nonlinear constraints, and two objective functions. Simultaneous increase of the impeller pumping capacity and mixing vessel homogeneity were achieved using this method / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Estimativa das forças musculares de diabéticos pode apoiar a compreensão das estratégias mecânicas e musculares que esses pacientes adotam para preservar a habilidade de realizar a marcha e garantir sua independência à medida que lidam com seus déficits neurais e musculares devido a diabetes e à neuropatia. O objetivo do presente estudo foi estimar a distribuição da força muscular do membro inferior durante a marcha em pacientes diabéticos com e sem neuropatia diabética, bem como compará-los com indivíduos saudáveis. Dados de força de reação do solo (100 Hz) e cinemática tridimensional do tornozelo, joelho e quadril (100 Hz) de 10 diabéticos neuropatas (GDN), 10 diabéticos não neuropatas (GD) e 10 indivíduos saudáveis (GC) foram utilizados como variáveis de entrada para o modelo musculoesquelético computacional gait 2392 (23 graus de liberdade e 92 atuadores musculoesqueléticos) no software OpenSim. O modelo genérico padrão foi dimensionado para se adequar à antropometria de cada indivíduo coletado, antes da execução das simulações. O modelo musculoesquelético dos indivíduos diabéticos neuropatas apresentou força isométrica máxima reduzida em 30% para os extensores do tornozelo e 20% para os dorsiflexores do tornozelo, buscando aproximar o modelo da redução de força muscular distal consequente à neuropatia diabética exibida por pacientes. As séries temporais da força dos músculos dos membros inferiores foram calculadas usando o procedimento de otimização estática. As forças musculares máximas foram calculadas durante intervalos do ciclo de marcha em que a ação dos músculos é fundamental para execução da tarefa. Os picos de força foram comparados entre os grupos de indivíduos utilizando MANOVA para os grupos musculares flexores e extensores das articulações do quadril, joelho e tornozelo, seguidas de ANOVA e pós-hoc de Newman-Keuls (p < 0,05). GDN apresentou maior pico de força dos músculos flexores de joelho (bíceps femoral cabeça curta/ p < 0,001, semitendinoso/ p < 0,001 e semimenbranoso/ p < 0,001) na fase de propulsão, em relação à GD e GC. GDN também apresentou menor pico de força dos músculos gastrocnêmio medial e sóleo, bem como maior pico de força para gastrocnêmio lateral comparado a GD e GC, nesta mesma fase. GD exibiu menor pico de força dos músculos extensores de quadril (semitendinoso e semimembranoso) ao final da fase de balanço e músculos abdutores do quadril durante a fase de apoio, bem como maior pico de força para os músculos extensores de joelho (vasto medial e lateral/ p = 0,004) no início da fase de apoio, comparado a GDN e GC. Os pacientes diabéticos com e sem neuropatia adotam distintas estratégias de distribuição de força muscular, apesar da piora progressiva em seu estado de saúde. Ambos os grupos diabéticos demonstraram alterações na produção de força dos músculos extensores de tornozelo, com redução do pico de força do sóleo (GD) e gastrocnêmio medial (GDN), entretanto, apenas o GDN aumentou o pico de força dos isquiotibiais (flexores de joelho) na fase de propulsão. GD apresentou redução expressiva da produção de força do glúteo médio, o que pode sugerir prejuízo para a estabilização látero-lateral da pelve. Pode-se considerar incluir programas de treinamento de resistência de músculos proximais relacionados à articulação do joelho em uma rotina de reabilitação para pacientes diabéticos. Outras inclusões potenciais em protocolos de reabilitação são o treino de marcha e a prática de exercícios funcionais com foco na ativação dos músculos isquiotibiais / Muscle force estimation could support a better understanding of the mechanical and muscular strategies that diabetic patients adopt to preserve walking ability and to guarantee their independence as they deal with their neural and muscular impairments due to diabetes and neuropathy. Our aim was to estimate and compare the lower limb\'s muscle force distribution during gait in diabetic patients with and without diabetic neuropathy. Data from ground reaction force (AMTI OR61000 force plate at 100Hz) and three-dimensional kinematics of ankle, knee and hip (eight-camera Optitrack® at 100 Hz) of 10 neuropathic (DNG), 10 diabetic non-neuropathic (DG) and 10 healthy individuals (CG) were used as input variables for the musculoskeletal model gait 2392 (23 degrees of freedom and 92 musculoskeletal actuators) in the OpenSim software. The standard generic model was scaled to fit the anthropometry of each individual collected, prior to the execution of the simulations. The musculoskeletal model of neuropathic individuals presented maximum isometric force reduced in 30% for ankle extensors and 20% for ankle dorsiflexors to mimic the atrophy of ankle muscles due to diabetic neuropathy. The force time series of lower limb muscles were calculated using the static optimization procedure. The peak muscle forces were calculated during selected time bands of the gait cycle. The peak force was compared between groups using MANOVA for the flexor and extensor muscle groups of hip, knee and ankle joints followed by ANOVA and post-hoc of Newman-Keuls (p < 0.05). DNG showed higher knee flexors peak force (biceps femoris short head / p < 0,001, semitendinous / p < 0,001 and semimenbranous / p < 0,001) during push-off, compared to DG and CG. DNG also presented lower peak force for gastrocnemius medialis and soleus, as well as higher peak force for gastrocnemius lateralis compared to DG and CG in the same gait phase. DG exhibited lower peak force for the hip extensor muscles (semitendinous and semimembranous) in the final swing and hip abductor muscles during stance, as well as higher peak force for the knee extensor muscles (vastus medialis and lateralis / p=0,004) in the early stance compared to DNG and CG. Diabetic patients with and without neuropathy appear to adopt different muscle force distribution strategies in spite of the progressive worsening in their health condition. While reducing ankle extensor forces, DG increased knee extensor muscle forces at early stance and reduced the hamstrings force at the end of swing phase, whereas DNG increased the hamstrings muscle forces at push-off. A resistance training program for the proximal muscles related to the knee joint could be considered in a rehabilitation routine for diabetic patients. Other potential inclusions in rehabilitation protocols consist of gait retraining and practicing functional exercises focusing on the activation of the hamstring muscles

CAPES / A falta de manutenção, a mudança de carregamentos, as deficiências de projeto, de execução e até mesmo dos materiais constituintes de uma peça estrutural podem levar à necessidade de aplicação de um reforço estrutural. Dentre estes métodos se destaca o reforço estrutural com Compósitos Reforçados com Fibra de Carbono (CRFC). Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento estrutural por meio de métodos experimentais e modelagem numérica de vigas biapoiadas de concreto armado reforçadas à flexão com CRFC, além de analisar a influência da adição de incrementos de ancoragem no comportamento da peça. O modelo computacional foi desenvolvido no software comercial ANSYS, por meio da utilização do Método dos Elementos Finitos. Foi avaliado o ganho de resistência com a implantação de uma e duas camadas de CRFC em comparação à viga sem reforço. A interface concreto – reforço foi considerada na simulação computacional, uma vez que os esforços atuantes nesta região geralmente são a causa da ruptura neste tipo de peça. Para isso, foi utilizado o Modelo da Zona de Coesão como método de representação da interface. Em relação ao programa experimental, além da variação do número de camadas de reforço, também foi avaliada a influência da adição de incrementos de ancoragem lateral no comportamento das vigas estudadas. Como resultados, foi alcançada uma boa acurácia entre os modelos computacionais e a análise experimental em relação ao valor da carga última de cada situação analisada, bem como em relação ao valor de deslocamento encontrado para as vigas reforçadas. Entretanto, percebeu-se que os valores das deformações obtidos no modelo computacional foram superiores à média dos valores encontrados na análise experimental. Além disso, observou-se também que as vigas tiveram sua rigidez aumentada com o acréscimo de camadas de reforço. Ademais, foi verificado que a adição de incrementos de ancoragem levou a um acréscimo na resistência das peças, mais efetivo que o aumento do número de camadas, para o caso deste trabalho. / The lack of maintenance, the change in loadings, project and execution failures, and even failures of constituent materials of a structural part lead to the necessity of applying a structural reinforcement. Among these methods highlights the structural reinforcement with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). This research has the objective to examine whether there is a good relationship between laboratory tests and a simulation model of reinforced concrete beams strengthened in bending with CFRP, in addition to analyze the influence of anchorage increments application in the structural behavior. The computacional model was developed in the comercial software ANSYS, by the utilization of the Finite Element Modeling for the structural analysis. The resistance gain with the implementation of one and two layers of CFRP was evaluated compared with the reference beam. The concrete – reinforce interface was considered in the computacional simulation, since the active efforts in this area are the reason of this type of structure failure. Thus, the Cohesive Zone Model was used for the interface representation. In relation to the experimental tests, beyond the number of layers variation, it was also evaluated the influence of anchorage increments application in the structural behavior. As results, it was obtained a good accuracy of the computacional models and the experimental tests in relation to the rupture load, in addition to the displacements values for the reinforced beams. However, the strain values achieved by the computacional model were higher than the experimental analysis rate values. Besides, it was also noticed that the beams had an increase of the stiffness with the addition of the reinforced layers. Furthermore, it was verified that the anchorage increments application caused an increase of the resistance, even more efficient than the addition of layers, for this case of study.

CAPES / A falta de manutenção, a mudança de carregamentos, as deficiências de projeto, de execução e até mesmo dos materiais constituintes de uma peça estrutural podem levar à necessidade de aplicação de um reforço estrutural. Dentre estes métodos se destaca o reforço estrutural com Compósitos Reforçados com Fibra de Carbono (CRFC). Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento estrutural por meio de métodos experimentais e modelagem numérica de vigas biapoiadas de concreto armado reforçadas à flexão com CRFC, além de analisar a influência da adição de incrementos de ancoragem no comportamento da peça. O modelo computacional foi desenvolvido no software comercial ANSYS, por meio da utilização do Método dos Elementos Finitos. Foi avaliado o ganho de resistência com a implantação de uma e duas camadas de CRFC em comparação à viga sem reforço. A interface concreto – reforço foi considerada na simulação computacional, uma vez que os esforços atuantes nesta região geralmente são a causa da ruptura neste tipo de peça. Para isso, foi utilizado o Modelo da Zona de Coesão como método de representação da interface. Em relação ao programa experimental, além da variação do número de camadas de reforço, também foi avaliada a influência da adição de incrementos de ancoragem lateral no comportamento das vigas estudadas. Como resultados, foi alcançada uma boa acurácia entre os modelos computacionais e a análise experimental em relação ao valor da carga última de cada situação analisada, bem como em relação ao valor de deslocamento encontrado para as vigas reforçadas. Entretanto, percebeu-se que os valores das deformações obtidos no modelo computacional foram superiores à média dos valores encontrados na análise experimental. Além disso, observou-se também que as vigas tiveram sua rigidez aumentada com o acréscimo de camadas de reforço. Ademais, foi verificado que a adição de incrementos de ancoragem levou a um acréscimo na resistência das peças, mais efetivo que o aumento do número de camadas, para o caso deste trabalho. / The lack of maintenance, the change in loadings, project and execution failures, and even failures of constituent materials of a structural part lead to the necessity of applying a structural reinforcement. Among these methods highlights the structural reinforcement with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). This research has the objective to examine whether there is a good relationship between laboratory tests and a simulation model of reinforced concrete beams strengthened in bending with CFRP, in addition to analyze the influence of anchorage increments application in the structural behavior. The computacional model was developed in the comercial software ANSYS, by the utilization of the Finite Element Modeling for the structural analysis. The resistance gain with the implementation of one and two layers of CFRP was evaluated compared with the reference beam. The concrete – reinforce interface was considered in the computacional simulation, since the active efforts in this area are the reason of this type of structure failure. Thus, the Cohesive Zone Model was used for the interface representation. In relation to the experimental tests, beyond the number of layers variation, it was also evaluated the influence of anchorage increments application in the structural behavior. As results, it was obtained a good accuracy of the computacional models and the experimental tests in relation to the rupture load, in addition to the displacements values for the reinforced beams. However, the strain values achieved by the computacional model were higher than the experimental analysis rate values. Besides, it was also noticed that the beams had an increase of the stiffness with the addition of the reinforced layers. Furthermore, it was verified that the anchorage increments application caused an increase of the resistance, even more efficient than the addition of layers, for this case of study.

O câncer do colo do útero é o quarto tipo de câncer mais frequente em mulheres em todo mundo. No Brasil, estima-se que cerca de 16 mil novos casos ocorrem por ano. A redução deste tipo de câncer ao longo dos anos deve-se ao rastreamento das lesões intraepiteliais cervicais por meio do exame citológico de Papanicolaou. Em 2014, o Programa Nacional de Imunização (PNI) introduziu a vacina contra o papilomavírus humano (HPV) como prevenção primária deste câncer, uma vez que este vírus é uma causa necessária para o surgimento desta malignidade. A vacinação não substitui o rastreamento, visto que não há proteção contra todos os tipos de HPV de alto risco e nem imunização de toda a população. A incorporação do programa de vacinação interfere nos resultados do programa de rastreamento, pois leva a diminuição dos casos de câncer e lesões precursoras. Desta forma, existe a necessidade de explorar novas estratégias de rastreamento, considerando também outras tecnologias existentes. Objetivo: desenvolver um modelo do tipo Markov para realizar uma análise de custo-efetividade de estratégias de rastreamento do câncer do colo do útero para hipotéticas coortes imunizadas e não imunizadas contra o vírus do HPV no Brasil na perspectiva do Sistema Único de Saúde (SUS). Métodos: A primeira parte é a exploração e avaliação qualitativa de estudos de avaliação econômica sobre estratégias de rastreamento para prevenção do câncer do colo do útero que utilizaram um modelo do tipo Markov feita por meio de uma revisão sistemática. A reunião das várias abordagens utilizadas e das principais características destes modelos poderá auxiliar a construção de um modelo em cenários onde há poucos profissionais capacitados com esta técnica. Baseando-se nesta revisão e nas consultas a especialistas das áreas de ginecologia, virologia e epidemiologia, foi desenvolvido um modelo matemático de análise de decisão estático do tipo Markov que simula a história natural do câncer do colo do útero considerando a imunização contra o HPV. Este modelo simula o seguimento de uma coorte de mulheres, dos 10 anos até o óbito, cujos parâmetros foram estimados a partir de dados secundários (revisão da literatura, sistemas de informação em saúde e inquéritos populacionais) nacionais específicos do rastreamento e calibrados de forma a refletir as condições reais de rastreamento encontradas no Brasil. Resultados: A revisão dos modelos de Markov para avaliação econômica de estratégias de rastreamento do câncer do colo do útero mostrou que a declaração do problema e a descrição das estratégias a serem comparadas foram muito bem relatados. Em contrapartida, os itens de avaliação da incerteza e consistência do modelo e a consistência precisam melhorar o relato. Os resultados obtidos por meio da calibração do modelo se mostraram satisfatórios, pois alcançaram uma boa concordância com os dados empíricos. A análise do caso base sugeriu que a melhor estratégia foi o Teste HPV-DNA como triagem para o encaminhamento da citologia ou da colposcopia, com repetição a cada 5 anos, para mulheres entre 30 e 70 anos. Esta estratégia promove um ganho de 9,5 dias ao longo dos anos e detecta, a cada 100 mil mulheres, 6 casos a mais de câncer e 16 de NIC II/III. A razão de custo-efetividade incremental (RCEI) foi de R$16.056,94 por ano de vida ganho, na perspectiva do sistema de saúde. Conclusão: Estudos futuros devem considerar metodologias que levem em conta a incerteza, a heterogeneidade e a consistência no modelo de decisão e utilizar diretrizes validadas para o relato do estudo / Cervical cancer is the fourth most common cancer in women worldwide. In Brazil, it is estimated that around 16,000 new cases occur per year. The reduction of this type of cancer over the years owes to cervical intraepithelial lesions screening through pap smears. In 2014, the National Immunization Program (NIP) introduced a vaccine against human papillomavirus (HPV) as the primary prevention of this cancer, since this virus is a necessary cause for the onset of this malignancy. Vaccination does not replace screening because there is no protection against all types of high risk HPV nor immunization of the entire population. Incorporation of the vaccination program interferes with the results of the screening program, leading to a decreased number of cancer cases and precursor lesions. In this way, there is a need to explore new screening strategies, also considering other existing technologies. Objective: Determining a Markov based model to perform a cost-effectiveness analysis of cervical cancer screening strategies for hypothetical immunized and non-immunized cohorts against the HPV in Brazil from the perspective of the Unified Health System (UHS). Methods: The first part is a qualitative appraisal and assessment of economic evaluation studies on screening strategies for cervical cancer prevention using a Markov based model done through a systematic review. The combination of different approaches and of the main features of these models can be auxiliary in the construction of a model in scenarios where there are few professionals trained with this technique. Based on this review and consultations with specialists in the areas of gynecology, virology and epidemiology, a Markov model for decision analysis was developed, which simulates the natural history of cervical cancer considering immunization against HPV. This model simulates the follow-up of a cohort of women, from 10 years-old to death, whose parameters were estimated from secondary data, particular to screening and calibrated in order to reflect real screening conditions found in Brazil. Results: A review of Markov models for economic evaluation of cervical cancer screening strategies showed that the report of the problem statement and the description of the compared strategies were well conducted. In contrast, the uncertainties of the model and the consistency were the worst items. The results obtained by calibration of the model were satisfactory, since a good agreement with empirical data was achieved. The baseline case analysis suggested that the best strategy was the HPV-DNA Test as triage for cytology or colposcopy referral, repeated every 5 years, for women between 30 and 70 years-old. This strategy promotes a gain of 9.5 days over the years and detects, every 100,000 women, 6 cases of cancer and 16 of CIN 2/3. The incremental cost-effectiveness ratio (ICER) was R$16,056.94 per life years gained from the health system perspective. Conclusion: Future studies should consider methodologies that take into account uncertainty, heterogeneity and consistency in the decision model and use validated guidelines for the study report

INTRODUÇÃO: Na Radioterapia, a acurácia da distribuição de dose em cálculos com correção de heterogeneidade está diretamente relacionada à escolha do algoritmo de cálculo. Existe uma variedade de algoritmos de cálculo disponíveis no mercado, variando em tempo de processamento e acurácia. Este estudo teve como objetivos quantificar a acurácia de dez diferentes algoritmos de cálculo em objetos simuladores de pulmão e analisar o impacto da escolha do algoritmo na distribuição de dose em radioterapia aplicada a tumores de pulmão. METODOLOGIA: Foram utilizados placas simuladoras de água (água sólida RW3) e pulmão (cortiça) para determinar a Porcentagem de Dose em Profundidade (PDP) e perfil transversal dentro da heterogeneidade (cortiça). As medidas foram realizadas em um Clinac Varian 6EX, com feixes de fótons de 6 MV e dois tamanhos de campo (5 x 5 cm2 e 10 x 10 cm2), irradiando-se filmes radiocrômicos Gafchromic EBT3 e câmara de ionização Scanditronix Wellhofer CC13. Planejamentos de 25 pacientes - 11 com técnica tridimendional (3D) e 14 com técnica de Radioterapia Estereotática Corpórea (SBRT) - foram realizados, inicialmente sem correção de heterogeneidade e, mantendo-se as UM, os cálculos com os diferentes algoritmos/métodos de correção foram comparados com o planejamento inicial. Foram avaliados as doses no volume alvo e nos órgãos em risco. RESULTADOS: As medidas realizadas em objetos simuladores revelaram que os algoritmos baseados no princípio da convolução (Eclipse® Pencil Beam Convolution com métodos de correção Batho, Batho Modificado e TAR equivalente; XiO® Clarkson e Convolution e iPlan® Pencil Beam) apresentaram diferenças de dose significativas na região da cortiça, sempre superestimando a medida, com uma sobredose superior a 8%. Algoritmos mais avançados, como o Eclipse® AAA e Acuros XB, XiO® Superposition e iPlan® XVMC, apresentaram desvios inferiores a 3% na região da heterogeneidade. A análise dos perfis mostra, igualmente, que a segunda classe de algoritmos apresenta melhor comportamento em meios de baixa densidade como a cortiça. A largura da penumbra apresentou desvios inferiores a 1 mm para os algoritmos mais avançados contra diferenças de até 4,5 mm entre os algoritmos baseados em convolução. A análise da distribuição de dose em planejamentos de tumores pulmonares mostrou que todos os cálculos com correção de heterogeneidade presentam doses superiores ao cálculo sem correção de heterogeneidade. O histograma dose-volume (DVH) do volume alvo sofreu um impacto maior do que dos órgãos em risco. Os cálculos realizados com algoritmos baseados em convolução apresentaram distribuições de dose semelhantes entre si, porém diferentes das do cálculo sem correção de heterogeneidade. Eclipse® AAA, Acuros XB, XiO® Superposition e iPlan® XVMC apresentaram distribuições de dose também semelhantes, porém Eclipse® Acuros XB e iPlan® XVMC são ainda mais similares. Os planejamentos de SBRT apresentaram resultados mais discrepantes do cálculo sem correção de heterogeneidade do que os planejamentos 3D. CONCLUSÕES: Os diferentes algoritmos de cálculo disponíveis possuem acurácias diferentes em meios de baixa densidade eletrônica. Essas diferenças possuem impacto nas distribuições de dose em planejamentos de tratamento de tumores pulmonares, sendo o impacto ainda maior para a técnica de SBRT. Entre os algoritmos avaliados, há pelo menos um de cada fabricante que apresentou bom desempenho em objetos simuladores de pulmão e que devem ser priorizados para o cálculo em planejamentos de tratamentos de câncer de pulmão / INTRODUCTION: In Radiotherapy, the dose distribution accuracy in heterogeneity correction calculations is directly related to the choice of calculation algorithm. There are many calculation algorithms commercially available. They vary in accuracy and processing time. This study aimed to quantify the accuracy of ten different calculation algorithms in lung equivalent material and to analyze the impact of the algorithm choice in the dose distribution in Radiotherapy applied to lung tumors. METHODS: It was used plates of water (solid water RW3) and lung (cork) equivalent materials to determine the Percentage of Depth Dose (PDD) and transversal profile inside the heterogeneity (cork). The measurements were performed in a Clinac Varian 6EX, with 6 MV photon beams and two field sizes (5 x 5 cm2 and 10 x 10 cm2), through irradiation of radiochromic films Gafchromic EBT3 and ionization chamber Scanditronix Wellhofer CC13. Treatment planning of 25 patients - 11 with tridimensional (3D) technique and 14 with Stereotactic Body Radiation Therapy (SBRT) technique - were performed, first without heterogeneity correction and, by keeping the Monitor Units (MU), the calculations were then performed with the different algorithms/methods of heterogeneity corrections and the results were compared with the initial planning. It was analyzed the target volume and organs at risk doses. RESULTS: The measurements performed in phantoms revealed that algorithms based on the convolution principle (Eclipse® Pencil Beam Convolution with correction methods Batho, Batho Modified and Equivalent TAR; XiO® Clarkson and Convolution e iPlan® Pencil Beam) presented significant dose differences in the cork region, overestimating the measurement, with a overdose higher than 8%. More advanced algorithms, as Eclipse® AAA and Acuros XB, XiO® Superposition and iPlan® XVMC, presented deviations below to 3% in the heterogeneity region. The profile analysis showed, similarly, that the second class of algorithms presents better performance in medium with low electronic density, like cork. The penumbra width presented deviations below to 1 mm for the more sophisticated algorithms against differences up to 4.5 mm between the convolution based algorithms. The dose distribution analysis in lung treatment planning showed that all the calculations performed with heterogeneity corrections presented doses higher than the calculation without heterogeneity corrections. The target volume dose-volume histogram (DVH) had a higher impact compared to the organs at risk. The calculation performed with convolution based algorithms presented dose distributions comparable, although different from the calculation performed without heterogeneity correction. Eclipse® AAA, Acuros XB, XiO® Superposition and iPlan® XVMC presented dose distribution similar, however Eclipse® Acuros XB and iPlan® XVMC are still more similar. The SBRT treatment planning presented higher deviations from the calculation with no heterogeneity correction, compared with the 3D treatment planning. CONCLUSIONS: The different calculation algorithms available have different accuracies in low density mediums. These differences have impact in the dose distributions in lung treatment planning, being the impact higher for the SBRT technique. Between the evaluated algorithms there is, at least one of each manufacturer, that presented acceptable performance in lung equivalent material and it should be the choice in lung treatment planning calculation

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis-FINAL-Drach.pdf: 12855630 bytes, checksum: ed8588770ebd55e99fede6e949f04cbe (MD5) Previous issue date: 2007-08-29 / In this thesis, computational modelling and numerical simulations are developed for construction architecture, to make possible project configuration evaluations and testing of possible improvements, both in the pre-occupancy and in the post-occupancy phases, aiming at comfort of building environments. These improvements are introduced here by simple changes to original designs targeting the functional quality increasing of the buildings with low financial and environmental costs. Attention is paid, in this work, to the following comfort variables: air circulation (velocity field), temperature and pollutant concentration, considering radiation, convection and building envelope materials. A coupled mathematical model is presented for velocity, temperature and concentration variables through the conservation equations for mass, momentum, energy and species, and variable boundary conditions can be used. Numerical solutions for the mathematical model are obtained by a stabilyzed mixed finite element method that allows to deal with the diffulties in constructing approximation spaces for problems with internal constraint and non-linearities of the convective type. It is also proposed in this thesis a global circulation index capable of identifying, from the simulation results, the windd intensity by level ranges and by rooms. Changes are proposed to original internal environmentes through openings locations, wall shapes and outdoor volumes placements. Some wind-catcher models, typical from north Africa, are studied, and it is suggested here the potentiality of theis usage in the hot and dry regions of Brazil. The usefulness of this alternative system is also proposed and tested here for some buildings located in the city of Rio de Janeiro. / Nesta tese, modelagem computacional e simulação numérica são desenvolvidas para arquitetura, com o objetivo de permitir avaliação de configurações de projetos e testes de possíveis melhorias, tanto na fase pré-ocupacional, como na pós-ocupacional, visando conforto em ambientes construídos. Essas melhorias são aqui introduzidas a partir de alterações de simples execução sobre os projetos originais, objetivando o incremento da qualidade funcional das construções, a baixos custos financeiros e ambientais. Este trabalho, assim, atenta para as variáveis de conforto de circulação do ar (campo de velocidades), temperatura e concentração de poluentes levando em conta radiação, convecção e materiais da envoltória. É apresentado um modelo matemático acoplado para as variáveis velocidade, temperatura e concentração através das equações de conservação de massa, de momento, de energia e de espécies; e estão previstas condições de contorno variáveis. As soluções numéricas para o modelo matemático são aqui obtidas via um método estabilizado de elementos finitos mistos, que permite lidar com as dificuldades de construção de espaços de aproximação para problemas que envolvem restrições internas e não linearidades do tipo convectivo. Propõe-se também nesta tese um índice de circulação global capaz de, a partir dos resultados das simulações, identificar a intensidade de vento, por faixas e por ambientes. São propostas alterações em projetos originais de ambientes internos através de localização de aberturas, formato de paredes e posicionamento de volumes exteriores. São estudados alguns casos de captadores de vento típicos do norte da África e indica-se, aqui, sua potencialidade para regiões quentes e secas do Brasil. Sua utilização é também proposta e testada para algumas residências da cidade do Rio de Janeiro.