Quatorze amostras provenientes da Real Fábrica de Ferro Ipanema (RFFI) e do sitio arqueológico de Sardinha (SAS) foram investigadas, usando técnicas de caracterização microestrutural e de análise química, com o objetivo de identificar o processo de produção de cada artefato, assim como estabelecer uma assinatura microestrutural daqueles sítios, situados no entorno do morro de Araçoiaba, localizado em Sorocaba. Quatro destas amostras são não metálicas (duas de minério e duas de escória) e dez amostras são metálicas. Os resultados de difração de raios-x e de análise química das amostras de minério indicam que os mesmos são constituídos de aproximadamente 80% magnetita, 20% hematita e traços de Ti. A microanálise EDX (Energydispersive X-ray spectroscopy) das amostras de escória indicam que as mesmas são constituídas por SiO2, CaO e Al2O3, com presença adicional de TiO2. A análise microestrutural dos objetos metálicos mostrou que dois dos dez objetos metálicos possuem microestrutura de matriz ferrítica com veios de grafita, aqui classificados como ferro gusa. Os demais objetos metálicos mostram microestrutura típica de aço (sem precipitação de grafita). A análise de inclusões não metálicas destas amostras revelou que duas delas não possuem inclusões de escória (apenas inclusões do tipo sulfeto série fina). Estes artefatos foram possivelmente produzidos no século XX e foram descartados da investigação. Empregou-se a técnica de caracterização microestrutural associada à microanálise EDX para a análise das inclusões de escória dos seis objetos de aço (análise de 30 inclusões por amostra). Foram construídos gráficos mostrando as relações entre os principais constituintes destas inclusões (%FeO versus %SiO2 , %SiO2 versus %Al2O3, %Al2O3 versus %MgO e %CaO versus % K2O). Utilizou-se então a técnica de regressão linear para cada uma destas relações (com a reta passando e sem passar pela origem) para avaliar o coeficiente de determinação R2 e a existência de uma assinatura do sistema produtivo baseado numa hipótese proposta por P. Dillmann. Aplicou-se ainda o teste de t de Student para avaliar a hipótese de reta passando forçosamente pela origem, como proposto por Dillmann. A hipótese mostrou-se irrealista. Finalmente foi construído um gráfico multiparamétrico da relação P2O5 versus [(Al2O3 + MgO + K2O)/FeO] das amostras de aço, que permite distinguir dois campos, segundo proposição de Dillmann: o campo das peças produzidas por processo indireto (ferro gusa + refino) e o das peças produzidas por redução direta Os resultados sugerem que dois objetos metálicos provenientes da RFFI foram produzidos por redução direta e outro por redução indireta, enquanto as três amostras do SAS localizam-se no campo da redução direta. O trabalho mostrou a importância da microanálise química de inclusões de escória como ferramenta para estabelecer o processo produtivo dos artefatos ferrosos estudados. / Fourteen samples belonging to the Real Fábrica de Ferro Ipanema (RFFI) and the archaeological site of Sardinha (SAS) were investigated, using microstructural characterization and chemical analysis, in order to identify the production route of each ferrous artefact and well as establish a microstructural signature of those sites, located in the vicinity of the hill Araçoiaba, located in Sorocaba.. Four of these samples were non-metallic (two ore samples and two slag samples) and ten samples were metallic. X-ray diffraction and chemical analysis results of the ore samples indicated that they were composed of approximately 80% magnetite, 20% hematite and traces of Ti. Microanalysis EDX (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) of slag samples indicated that they consisted of SiO2, CaO and Al2O3, with additional presence of TiO2. Microstructural analysis of the metallic objects showed for two samples a ferritic matrix with graphite flakes, here classified as pig iron. The remaining metallic objects showed microstructures typical of steel (ferrite and/or pearlite without graphite precipitation). The analysis of non-metallic inclusions for these eight samples revealed that two of them had no slag inclusions (only the presence of thin series sulphide-type inclusions). These two artefacts were possibly produced in the XX century and were, therefore, excluded from the present investigation. Microstructural characterization associated with EDX microanalysis was applied to investigate the slag inclusions of the remaining six steel objects (30 inclusions per sample). Graphs were constructed showing the relationships between the major components of these slag inclusions (%FeO versus %SiO2, %SiO2 versus %Al2O3, %Al2O3 versus %MgO and %CaO versus % K2O). Linear regression (forcing the line passing through the origin and without forcing it) was carried out for each one of these ratios in order to evaluate the value of the R2 coefficient and to investigate the possible existence of a signature of the RFFI productive system based on Dillmanns proposition. Additionally, Student\'s t-test was used to evaluate the strength of the assumption of having \"a line passing through the origin for each one of the component ratios, as proposed by Dillmann. This study could not establish or identify the signature of the RFFI productive system. Additionally, the assumption of having a line passing through the origin for each investigated component ratio was shown to be the rather unrealistic. Finally a %P2O5 versus [(%Al2O3+%MgO+%K2O )/FeO ] graph was constructed and its analysis allowed theorizing about the manufacturing process of these ferrous artefacts, second the Dillmann proposition. This graph showed two distinct composition fields: one field identifying the artefacts produced by the indirect process (pig iron followed by refining) and the other by direct reduction. Two RFFI artefacts were produced by direct reduction and one single RFF artefact by indirect reduction. Three SAS artefacts were produced by direct reduction. The present study showed the importance of slag inclusions EDX microanalysis as a tool to establish the manufacturing process of ferrous artefacts.

Este trabalho tem por objetivo apresentar as possibilidades que a arqueometalurgia coloca à disposição da arqueologia, inseridas em uma série de métodos que, diante do estudo de uma variada amostra de materiais, permitem a aproximação do conhecimento das diversas facetas implicadas na compreensão da atividade metalúrgica e o desenvolvimento de interpretações sobre o papel e o significado do metal na sociedade e na economia das comunidades do passado. De acordo com esta abordagem interdisciplinar, o presente trabalho apoia-se no estudo de objetos metálicos encontrados no Arraial de São Francisco Xavier da Chapada, sítio arqueológico localizado no Mato Grosso, inserido no contexto da mineração colonial do século XVIII e, formado, quase que em sua totalidade, por escravos. Aprofundando uma visão direcionada ao estudo arqueometalúrgico do acervo resgatado, através de procedimentos de análise metalográfica, técnica bastante útil para a caracterização de estruturas metálicas, este trabalho busca identificar aspectos ligados à matéria-prima usada no processo de confecção, detalhes das técnicas de produção dos artefatos metálicos estudados e características estruturais dos mesmos, na tentativa de estabelecer inferências sobre o cotidiano local, a relação da metalurgia com a escravidão, o sistema de abastecimento de mercadorias e seus diálogos com o Império Português. / This study aims to present the possibilities that archaeometallurgy can provide to archeology, entered into a series of methods that, on the study of a diverse sample of materials, allow the approximation of knowledge of the various facets involved in understanding metallurgical activity and developing interpretations of the role and significance of metals in the society and economy of the communities of the past. According to this interdisciplinary approach, this work relies on the study of metal objects found in the Arraial de São Francisco Xavier da Chapada, archaeological site located in Mato Grosso, placed in the context of eighteenth-century colonial mining and formed almost in its entirety, by slaves. Deepening a vision directed to the study of the archaeometallurgical collection rescued, through metallographic analysis procedures, useful technique for the characterization of metal structures, this study seeks to identify aspects of raw material used in the process of confection, details of the production techniques of the metallic artifacts studied and its structural characteristics, in an attempt to make inferences about the everyday place, metallurgy relationship with slavery, the system of supply of goods and its dialogues with the Portuguese Empire.

Quatorze amostras provenientes da Real Fábrica de Ferro Ipanema (RFFI) e do sitio arqueológico de Sardinha (SAS) foram investigadas, usando técnicas de caracterização microestrutural e de análise química, com o objetivo de identificar o processo de produção de cada artefato, assim como estabelecer uma assinatura microestrutural daqueles sítios, situados no entorno do morro de Araçoiaba, localizado em Sorocaba. Quatro destas amostras são não metálicas (duas de minério e duas de escória) e dez amostras são metálicas. Os resultados de difração de raios-x e de análise química das amostras de minério indicam que os mesmos são constituídos de aproximadamente 80% magnetita, 20% hematita e traços de Ti. A microanálise EDX (Energydispersive X-ray spectroscopy) das amostras de escória indicam que as mesmas são constituídas por SiO2, CaO e Al2O3, com presença adicional de TiO2. A análise microestrutural dos objetos metálicos mostrou que dois dos dez objetos metálicos possuem microestrutura de matriz ferrítica com veios de grafita, aqui classificados como ferro gusa. Os demais objetos metálicos mostram microestrutura típica de aço (sem precipitação de grafita). A análise de inclusões não metálicas destas amostras revelou que duas delas não possuem inclusões de escória (apenas inclusões do tipo sulfeto série fina). Estes artefatos foram possivelmente produzidos no século XX e foram descartados da investigação. Empregou-se a técnica de caracterização microestrutural associada à microanálise EDX para a análise das inclusões de escória dos seis objetos de aço (análise de 30 inclusões por amostra). Foram construídos gráficos mostrando as relações entre os principais constituintes destas inclusões (%FeO versus %SiO2 , %SiO2 versus %Al2O3, %Al2O3 versus %MgO e %CaO versus % K2O). Utilizou-se então a técnica de regressão linear para cada uma destas relações (com a reta passando e sem passar pela origem) para avaliar o coeficiente de determinação R2 e a existência de uma assinatura do sistema produtivo baseado numa hipótese proposta por P. Dillmann. Aplicou-se ainda o teste de t de Student para avaliar a hipótese de reta passando forçosamente pela origem, como proposto por Dillmann. A hipótese mostrou-se irrealista. Finalmente foi construído um gráfico multiparamétrico da relação P2O5 versus [(Al2O3 + MgO + K2O)/FeO] das amostras de aço, que permite distinguir dois campos, segundo proposição de Dillmann: o campo das peças produzidas por processo indireto (ferro gusa + refino) e o das peças produzidas por redução direta Os resultados sugerem que dois objetos metálicos provenientes da RFFI foram produzidos por redução direta e outro por redução indireta, enquanto as três amostras do SAS localizam-se no campo da redução direta. O trabalho mostrou a importância da microanálise química de inclusões de escória como ferramenta para estabelecer o processo produtivo dos artefatos ferrosos estudados. / Fourteen samples belonging to the Real Fábrica de Ferro Ipanema (RFFI) and the archaeological site of Sardinha (SAS) were investigated, using microstructural characterization and chemical analysis, in order to identify the production route of each ferrous artefact and well as establish a microstructural signature of those sites, located in the vicinity of the hill Araçoiaba, located in Sorocaba.. Four of these samples were non-metallic (two ore samples and two slag samples) and ten samples were metallic. X-ray diffraction and chemical analysis results of the ore samples indicated that they were composed of approximately 80% magnetite, 20% hematite and traces of Ti. Microanalysis EDX (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) of slag samples indicated that they consisted of SiO2, CaO and Al2O3, with additional presence of TiO2. Microstructural analysis of the metallic objects showed for two samples a ferritic matrix with graphite flakes, here classified as pig iron. The remaining metallic objects showed microstructures typical of steel (ferrite and/or pearlite without graphite precipitation). The analysis of non-metallic inclusions for these eight samples revealed that two of them had no slag inclusions (only the presence of thin series sulphide-type inclusions). These two artefacts were possibly produced in the XX century and were, therefore, excluded from the present investigation. Microstructural characterization associated with EDX microanalysis was applied to investigate the slag inclusions of the remaining six steel objects (30 inclusions per sample). Graphs were constructed showing the relationships between the major components of these slag inclusions (%FeO versus %SiO2, %SiO2 versus %Al2O3, %Al2O3 versus %MgO and %CaO versus % K2O). Linear regression (forcing the line passing through the origin and without forcing it) was carried out for each one of these ratios in order to evaluate the value of the R2 coefficient and to investigate the possible existence of a signature of the RFFI productive system based on Dillmanns proposition. Additionally, Student\'s t-test was used to evaluate the strength of the assumption of having \"a line passing through the origin for each one of the component ratios, as proposed by Dillmann. This study could not establish or identify the signature of the RFFI productive system. Additionally, the assumption of having a line passing through the origin for each investigated component ratio was shown to be the rather unrealistic. Finally a %P2O5 versus [(%Al2O3+%MgO+%K2O )/FeO ] graph was constructed and its analysis allowed theorizing about the manufacturing process of these ferrous artefacts, second the Dillmann proposition. This graph showed two distinct composition fields: one field identifying the artefacts produced by the indirect process (pig iron followed by refining) and the other by direct reduction. Two RFFI artefacts were produced by direct reduction and one single RFF artefact by indirect reduction. Three SAS artefacts were produced by direct reduction. The present study showed the importance of slag inclusions EDX microanalysis as a tool to establish the manufacturing process of ferrous artefacts.

Este trabalho tem por objetivo apresentar as possibilidades que a arqueometalurgia coloca à disposição da arqueologia, inseridas em uma série de métodos que, diante do estudo de uma variada amostra de materiais, permitem a aproximação do conhecimento das diversas facetas implicadas na compreensão da atividade metalúrgica e o desenvolvimento de interpretações sobre o papel e o significado do metal na sociedade e na economia das comunidades do passado. De acordo com esta abordagem interdisciplinar, o presente trabalho apoia-se no estudo de objetos metálicos encontrados no Arraial de São Francisco Xavier da Chapada, sítio arqueológico localizado no Mato Grosso, inserido no contexto da mineração colonial do século XVIII e, formado, quase que em sua totalidade, por escravos. Aprofundando uma visão direcionada ao estudo arqueometalúrgico do acervo resgatado, através de procedimentos de análise metalográfica, técnica bastante útil para a caracterização de estruturas metálicas, este trabalho busca identificar aspectos ligados à matéria-prima usada no processo de confecção, detalhes das técnicas de produção dos artefatos metálicos estudados e características estruturais dos mesmos, na tentativa de estabelecer inferências sobre o cotidiano local, a relação da metalurgia com a escravidão, o sistema de abastecimento de mercadorias e seus diálogos com o Império Português. / This study aims to present the possibilities that archaeometallurgy can provide to archeology, entered into a series of methods that, on the study of a diverse sample of materials, allow the approximation of knowledge of the various facets involved in understanding metallurgical activity and developing interpretations of the role and significance of metals in the society and economy of the communities of the past. According to this interdisciplinary approach, this work relies on the study of metal objects found in the Arraial de São Francisco Xavier da Chapada, archaeological site located in Mato Grosso, placed in the context of eighteenth-century colonial mining and formed almost in its entirety, by slaves. Deepening a vision directed to the study of the archaeometallurgical collection rescued, through metallographic analysis procedures, useful technique for the characterization of metal structures, this study seeks to identify aspects of raw material used in the process of confection, details of the production techniques of the metallic artifacts studied and its structural characteristics, in an attempt to make inferences about the everyday place, metallurgy relationship with slavery, the system of supply of goods and its dialogues with the Portuguese Empire.

Técnicas de caracterização microestrutural, incluindo microanálise química EDS (energy dispersive spectrometry), foram usadas para investigar as inclusões não-metálicas de amostras ferrosas da Real Fábrica de Ferro São João de Ipanema (Sorocaba, século XIX), da Ponte D. Pedro II (Bahia, produzida na Escócia, Mossend Iron Works, século XIX) e dos sítios arqueológicos de São Miguel das Missões (Rio Grande do Sul, século XVII) e de Afonso Sardinha (Sorocaba, século XVI). Estes resultados foram analisados por métodos estatísticos com o objetivo de estabelecer a assinatura química de cada uma das quatro procedências testadas. A análise dos gráficos bivariantes dos resultados de microanálise de inclusões \"globais\" (% SiO2 versus %Al2O3; %CaO versus %K2O; %MgO versus %Al2O3 e % SiO2 versus %FeO) não permitiu separar os resultados em agrupamentos significativos com relação à procedência das amostras. Os resultados de microanálise da correlação dos teores de %TiO2 e %V2O5 presentes na fase wüstita da microestrutura das inclusões de escória mostraram, no entanto, um agrupamento significativo para os resultados dos artefatos ferrosos de Bahia e de Missões, mas não permitiram separar os resultados dos artefatos de Ipanema e de Sardinha. Deste modo, foi usada a análise hierárquica de conglomerados dos resultados de microanálise das inclusões \"globais\" e de seus microconstituintes (fase wüstita e \"matriz\") com o objetivo de separar os resultados em quatro grupos coincidentes com as quatro procedências investigadas. Somente a análise hierárquica de conglomerados usando os teores de %MgO, %TiO2, %V2O5, %MnO e %Al2O3 presentes na fase wüstita permitiu separar com sucesso os quatro grupos de resultados. Finalmente, a baixa fração volumétrica de inclusões de escória das amostras de Ipanema (~1% contra uma média de 4% das demais amostras) indica a existência de certo grau de domínio tecnológico dos processos produtivos da Real Fábrica de Ferro São João de Ipanema. / Microstructural characterization techniques, including EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) microanalyses, were used to investigate the slag inclusions of the microstructure of ferrous artifacts of the Royal Iron Factory of São João de Ipanema (first steel plant of Brazil, XIX century), the D. Pedro II Bridge (located in Bahia, assembled in XIX century and produced in Scotland) and the archaeological sites of São Miguel de Missões (Rio Grande do Sul, Brazil, production site of iron artifacts, the XVIII century) and Afonso Sardinha (São Paulo, Brazil production site of iron artifacts, XVI century). The microanalyses results were analyzed by a hierarchical cluster analysis and the dendrogram with the microanalyses results of the wustite phase (using as critical variables the contents of MnO, MgO, Al2O3, V2O5 and TiO2) allowed the identification of four clusters, which successfully represented the samples of the four production sites (Ipanema, Sardinha, Missões and Bahia). The comparatively low volumetric fraction of slag inclusions in the samples of Ipanema (~1% whit an average of 4% others samples) indicated the existence of some degree of proficiency in the ironmaking processing of the Royal Iron Factory of São João de Ipanema.

Técnicas de caracterização microestrutural, incluindo microanálise química EDS (energy dispersive spectrometry), foram usadas para investigar as inclusões não-metálicas de amostras ferrosas da Real Fábrica de Ferro São João de Ipanema (Sorocaba, século XIX), da Ponte D. Pedro II (Bahia, produzida na Escócia, Mossend Iron Works, século XIX) e dos sítios arqueológicos de São Miguel das Missões (Rio Grande do Sul, século XVII) e de Afonso Sardinha (Sorocaba, século XVI). Estes resultados foram analisados por métodos estatísticos com o objetivo de estabelecer a assinatura química de cada uma das quatro procedências testadas. A análise dos gráficos bivariantes dos resultados de microanálise de inclusões \"globais\" (% SiO2 versus %Al2O3; %CaO versus %K2O; %MgO versus %Al2O3 e % SiO2 versus %FeO) não permitiu separar os resultados em agrupamentos significativos com relação à procedência das amostras. Os resultados de microanálise da correlação dos teores de %TiO2 e %V2O5 presentes na fase wüstita da microestrutura das inclusões de escória mostraram, no entanto, um agrupamento significativo para os resultados dos artefatos ferrosos de Bahia e de Missões, mas não permitiram separar os resultados dos artefatos de Ipanema e de Sardinha. Deste modo, foi usada a análise hierárquica de conglomerados dos resultados de microanálise das inclusões \"globais\" e de seus microconstituintes (fase wüstita e \"matriz\") com o objetivo de separar os resultados em quatro grupos coincidentes com as quatro procedências investigadas. Somente a análise hierárquica de conglomerados usando os teores de %MgO, %TiO2, %V2O5, %MnO e %Al2O3 presentes na fase wüstita permitiu separar com sucesso os quatro grupos de resultados. Finalmente, a baixa fração volumétrica de inclusões de escória das amostras de Ipanema (~1% contra uma média de 4% das demais amostras) indica a existência de certo grau de domínio tecnológico dos processos produtivos da Real Fábrica de Ferro São João de Ipanema. / Microstructural characterization techniques, including EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) microanalyses, were used to investigate the slag inclusions of the microstructure of ferrous artifacts of the Royal Iron Factory of São João de Ipanema (first steel plant of Brazil, XIX century), the D. Pedro II Bridge (located in Bahia, assembled in XIX century and produced in Scotland) and the archaeological sites of São Miguel de Missões (Rio Grande do Sul, Brazil, production site of iron artifacts, the XVIII century) and Afonso Sardinha (São Paulo, Brazil production site of iron artifacts, XVI century). The microanalyses results were analyzed by a hierarchical cluster analysis and the dendrogram with the microanalyses results of the wustite phase (using as critical variables the contents of MnO, MgO, Al2O3, V2O5 and TiO2) allowed the identification of four clusters, which successfully represented the samples of the four production sites (Ipanema, Sardinha, Missões and Bahia). The comparatively low volumetric fraction of slag inclusions in the samples of Ipanema (~1% whit an average of 4% others samples) indicated the existence of some degree of proficiency in the ironmaking processing of the Royal Iron Factory of São João de Ipanema.

[pt] Este trabalho tem como objetivo efetuar um estudo arqueometalúrgico de objetos ferrosos e não-ferrosos resgatados de sítios históricos do Rio de janeiro. A pesquisa experimental desenvolveu uma metodologia de análise utilizando-se de técnicas destrutivas como Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão e não destrutivas como Fluorescência de Raio X (FRX) e Emissão de Raios-X por Indução de Partículas (PIXE). Os objetos foram analisados com o intuito de caracterizar sua composição, estrutura e método de elaboração. Estes correspondem a seis artefatos de natureza metálica não-ferrosa e um de natureza metálica ferrosa. O objeto metálico ferroso corresponde a uma enxada. As características microestruturais dos objetos estão correlacionadas com a função que esses desempenhavam na época e indicativa de que a enxada possa ter sido feita no Brasil por escravos africanos. A análise da enxada permite concluir que é constituída de um ferro pudlado e que foi processada por fundição e forjamento. Quanto aos objetos não-ferrosos, o rosário é constituído de um latão monofásico mais rico em cobre. Com relação à fabricação do rosário pode-se concluir de que seja de origem européia, sendo decorrente de um minério pirítico. As medalhas são de procedência européia constituídas de latão. Historicamente, pode-se deduzir que são referentes ao século XVIII. Conclui-se que as duas moedas do Sítio Rochedo sejam originárias de fontes diferentes, constatado pelas análises químicas. Porém, as concentrações químicas da moeda de 1821 são próximas a uma das moedas de 40 réis. A presente tese permitiu evidenciar a importância da sistemática de trabalho experimental de caracterização, a partir de técnicas destrutivas e nãodestrutivas de materiais, de objetos arqueológicos para estabelecer seu contexto histórico. / [en] This work undertakes an archeometallurgical study of ferrous and non-ferrous artifacts recovered from historical sites of Rio de Janeiro. The experimental research developed an analytical methodology based on destructive techniques, such as Optical Microscopy (OM), Scanning Electronic Microscopy (SEM) and Transmission Electronic Microscopy (TEM); as well as non- destructive techniques, namely X-Ray Fluorescence (XRF) and Particle Induction X-Ray Emission (PIXE). These artifacts were analyzed in order to characterize their composition, structure and elaboration/processing methods. There are six artifacts with a non-ferrous metallic nature and one with a ferrous metallic nature. The ferrous metallic artifact was a hoe. The microstructure characteristics is related to the usage of this object at that time, and indicates that the hoe could have been made in Brazil by African slaves. The analysis of the hoe indicates that it was elaborated from puddle iron and that it had been processed by foundry and forging. The rosary, one of the non-ferrous artifacts, is formed by singlephase brass riche in copper; and according to historical research it is of European origin, deriving from pyrite ore. The medals are also of European origin and are based on brass. Historically one can deduce that they are dated from the 18th century. The two coins from the Rochedo site most probably came from distinct sources, as validated by the chemical analysis. However, the chemical composition of the 1821 coin is close to that of the 40 réis coin. The present thesis has shown the importance of a systematic methodology to characterize ancient objects combining both destructive and non- destructive techniques.