Sugarcane (Saccharum spp) is an important commercial crop cultivated widely in tropical and subtropical countries. Primarily sugarcane is used to produce sugar and recently it is proven to be a valuable resource for bioethanol, biodiesel, bioplastic and bioelectricity. Smut is one of the most serious sugarcane disease and occurs in sugarcane fields all over the world. The disease is caused by the biotrophic fungus Sporisorium scitamineum. The fungus induces metabolic changes in the plant leading to the production of a whip-like structure where fungal sporogenesis take place. The objective of this study was to analyse the reactive oxygen species (ROS) production, antioxidant enzymes activity and expression of genes associated with the ROS metabolism in smut susceptible (IAC66-6) and resistant sugarcane genotypes (SP80-3280). In addition, this work assessed the relationship between antioxidant enzymes and sensitivity of S. scitamineum to exogenous hydrogen peroxide (H2O2). This thesis is presented in the format of two chapters (chapters 2 and 3). In the second chapter, the results revealed that there were variations in the antioxidant system as well as in the ROS production in resistant sugarcane genotype, whereas few changes occurred in the susceptible genotype inoculated with S. scitamineum. Microscopic analysis revealed that S. scitamineum teliospore germination and appressorium formation were delayed during early infection in the smut resistant genotype, which coincided with H2O2 accumulation. In chapter 3, the results demonstrated that S. scitamineum is highly resistant to exogenous H2O2. At 2 mM exogenous H2O2 concentration the fungus presented an effective antioxidant system in response to the secondary products of oxidative stress. Furthermore, S. scitamineum when exposed for a long time at 2 mM exogenous H2O2 concentration it can acquire an adaptive response to H2O2. The results obtained in this study contributed to increase the understanding of this very complex interaction between sugarcane and S. scitamineum and it will be helpful toward understanding which aspects are involved in the resistance to S. scitamineum. These informations are important to create strategies for improving smut resistance in sugarcane. / Cana-de-açúcar (Saccharum spp) é uma importante cultura comercial amplamente cultivada em países tropicais e subtropicais. A cana-de-açúcar é principalmente utilizada para produzir açúcar e recentemente é considerada uma valiosa fonte para produção de bioetanol, biodiesel, bioplásticos e bioeletricidade. O carvão é uma das doenças mais graves da cana-de-açúcar e ocorrem em canaviais do mundo inteiro. A doença é causada pelo fungo biotrófico Sporisorium scitamineum. Este fungo induz mudanças metabólicas na planta, levando a formação de uma estrutura chamada chicote, onde ocorre a esporogênese. O objetivo desse estudo foi analisar a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), atividade de enzimas antioxidantes e a expressão de genes associados ao metabolismo de EROs em genótipos de cana-açúcar susceptível (IAC66-6) e resistente (SP80-3280). Além disso, este trabalho avaliou a relação entre as enzimas antioxidantes e sensibilidade de S. scitamineum a peróxido de hidrogênio (H2O2) exógeno. Esta tese está apresentada no formato de 2 capítulos (capítulos 2 e 3). No segundo capítulo, os resultados revelaram que ocorreram alterações no sistema antioxidante, bem como na produção de EROs no genótipo resistente, enquanto que poucas mudanças ocorreram no genótipo susceptível inoculado com S. scitamineum. Análises de microscopia revelaram que a germinação de teliósporos e a formação de apressórios de S. scitamineum atrasou durante o início da infeção no genótipo resistente ao carvão, coincidindo com o acúmulo de H2O2. No capítulo 3, os resultados demonstraram que S. scitamineum é altamente resistente a H2O2 exógeno. O fungo crescendo na concentração de 2 mM de H2O2 apresentou um eficiente sistema antioxidante em resposta a produtos secundários do estresse oxidativo. Além disso, quando S. scitamineum foi exposto a 2 mM de H2O2 exógeno, ele pode adquirir uma resposta adaptativa ao H2O2. Os resultados obtidos neste estudo contribuíram para aumentar o entendimento dessa complexa interação entre cana e S. scitamineum e será útil para a compreensão de quais aspectos estão envolvidos na resistência a este fungo. Estas informações são importantes para criar estratégias para o melhoramento de cana a essa doença.

INTRODUÇÃO. O trauma grave está associado a complexas alterações hemodinâmicas e microcirculatórias. A hipovolemia resultante da perda sanguínea e a inflamação desencadeada pelo trauma tecidual, além da própria isquemia tecidual sistêmica, são os principais fatores que levam a estas alterações. A solução salina hipertônica hiperoncótica (HSD) e a pentoxifilina vem sendo propostas como opções na ressuscitação volêmica do choque hemorrágico, mostrando efeito de modulação da resposta inflamatória e eficácia na restauração dos parâmetros hemodinâmicos. OBJETIVOS. Avaliar a evolução dos mediadores inflamatórios e do burst oxidativo durante 4 horas, após reposição volêmica inicial no tratamento do choque hemorrágico controlado, com três diferentes tipos de solução: Ringer lactato, solução hipertônica hiperoncótica (HSD) e solução hipertônica hiperoncótica associada a pentoxifilina (PTX). MÉTODOS. Anestesiamos e instrumentamos 20 porcos da raça Landrace de 28-32 kg. 5 animais foram randomizados para grupo Sham (apenas anestesiados e monitorizados) e outros 15 submetidos a choque hemorrágico controlado, com pressão arterial média (PAM) mantida em 40 mmHg por 30 minutos. Após o choque 5 animais foram tratados com 32 ml/kg de ringer lactato (grupo RL), 5 animais com 4 ml/kg de HSD (grupo HSD) e 5 animais com 4 ml/kg de HSD + 25 mg/kg de pentoxifilina. Além de medidas hemodinâmicas sistemicas e regionais, procedemos a determinação do burst oxidativo dos neutrófilos circulantes e dos mediadores inflamatórios (TNF alfa, interleucina 1, interleucina 6 e interleucina 10). RESULTADOS. Os animais dos grupos HSD e PTX apresentaram diminuição significativa do burst oxidativo após a reposição volêmica, ao contrário do grupo RL, que apresentou comportamento contrário (p<0,001 para HSD versus RL e PTX versus RL após tratamento). TNF alfa e interleucinas também apresentaram valores estáveis nos grupos tratados com HSD e PTX, enquanto nos animais tratados com RL houve aumento importante destes mediadores. O HSD mostrou-se ineficaz em normalizar algumas variáveis regionais e sitêmicas (p<0,05 após tratamento em T0 para HSD versus Sham e HSD versus PTX), apresentando melhora quando associado a pentoxifilina. CONCLUSÕES. Em modelo experimental de choque hemorrágico controlado, durante observação de 4 horas, a solução salina hipertônica hiperoncótica, utilizada como solução de reposição volêmica em volume de 4ml/kg de peso, demonstrou causar menor ativação de neutrófilos e menor produção de mediadores inflamatórios quando comparada a solução de Ringer lactato. Quando associada a pentoxifilina 25 mg/kg seus efeitos na modulação da resposta inflamatória foram semelhantes. / INTRODUCTION. Major trauma is associated with complex hemodynamic and microcirculatory changes. Volume depletion resulting from blood loss and inflammation triggered by tissue trauma, besides the systemic tissue ischemia, are the main factors leading to these changes. Hypertonic saline hyperoncotic (HSD) and pentoxifylline has been proposed as options in the resuscitation of hemorrhagic shock, showing the effect of modulation of the inflammatory response and efficacy in the restoration of hemodynamic parameters. OBJECTIVES. To evaluate the progression of inflammatory mediators and oxidative burst during 4 hours after initial resuscitation in the treatment of hemorrhagic shock, with three different solutions: Ringer lactate, hypertonic hyperoncotic solution (HSD) and hypertonic hyperoncotic solution associated with pentoxifylline (PTX). METHODS. anesthetized and instrumented 20 Landrace pigs of 28-32 kg 5 animals were randomized to Sham group (only anesthetized and monitored) and 15 submitted to hemorrhagic shock. The mean arterial pressure (MAP) was maintained at 40 mmHg by 30 minutes. After shock 5 animals were treated with 32 ml / kg Ringer\'s lactate (RL group), 5 animals with 4 ml / kg HSD (HSD group) and 5 animals with 4 ml / kg of HSD + 25 mg / kg pentoxifylline. In addition to systemic and regional hemodynamic parameters, we determine the oxidative burst of circulating neutrophils and inflammatory mediators (TNF-alpha, interleukin 1, interleukin 6 and interleukin 10). RESULTS. The animals in the HSD and PTX groups showed a significant decrease in oxidative burst after resuscitation, unlike the RL group, which showed an opposite (p<0.001 for HSD versus RL and RL PTX versus after treatment). TNF alpha and interleukins also showed stable values in the groups treated with HSD and PTX, whereas in animals treated with RL was significant increase of these mediators. The HSD was ineffective in normalizing some regional and systemic hemodynamic variables (p<0.05 after treatment at T0 for HSD versus HSD versus Sham and PTX), which improved when combined with pentoxifylline. CONCLUSIONS. In an experimental model of hemorrhagic shock during the observation of 4 hours, hypertonic saline hyperoncotic used as a solution for volume replacement in volume 4ml/Kg weight, shown to cause less activation of neutrophils and decreased production of inflammatory mediators when compared to Ringer\'s lactate. When coupled with pentoxifylline 25 mg / kg effects on modulation of inflammatory response were similar.

L'objectif principal de cette thèse est d'apporter une contribution à la modélisation de la cinétique de libération de principes actifs à partir de systèmes polymère-médicament, en tentant de réduire le "burst effect" et augmenter le temps de libération. L'idée de base est, dans un premier temps, l'encapsulation du médicament dans des liposomes, vésicules lipidiques capables de transporter le médicament, puis son inclusion dans des hydrogels polymères de manière à créer deux barrières dans le processus de libération du médicament. Les hydrogels sont à base de chitosane/gélatine et chitosane/poly(alcool vinylique) réticulés, partiellement avec de l'aldéhyde glutarique et de manière prédominante par voie ionique avec des anions sulfate ou polyphosphate. Une seconde catégorie est à base de chitosane, seul ou en combinaison avec le poly(alcool vinylique), réticulé avec de l'acide tannique à travers de nombreuses interactions hydrogène. Les hydrogels sont caractérisés d'une part par leur structure, leur morphologie, leur comportement en milieu aqueux et leur stabilité thermique; d'autre part leurs propriétés comme biomatériau (hémocompatibilité et cytotoxicité), leur capacité à inclure et libérer un composé modèle (la calcéine) libre ou encapsulé dans des liposomes. La dépendance de ces propriétés (gonflement, libération des composés solubles inclus) avec les paramètres du processus de préparation (quantité de réticulant, rapport ente les polymères utliisés, masse molaire du chitosane) est établie. Les études de cinétique de libération de la calcéine (incluse direment dans les hydrogels ou encapsulée dans les liposomes dispersés ensuite dans les hydrogels) prouve la pertinence de l'hypothèse de départ: quel que soit le type de réticulation employée pour la préparation des hydrogels, la libération de la calcéine à partir des systèmes complexes (hydrogel-liposomes-calcéine) est fortement retardée sans manifester de "burst effect". Le manuscrit conclut avec un chapitre de modélisation de la cinétique de libération à partir des systèmes employés. Etant données les applications potentielles de tels hydrogels sous forme de films pour traiter les affections de la peau, les résultats préliminaires de libération de lévofloxacine à partir d'un système transdermique qui simule les dermes humains sont montrés. / The main objective of the PhD thesis entitled “Complex polymeric biomaterials for modeling the drug release kinetics” was to bring contributions in modeling the release kinetics of active ingredients from polymer-drug systems, attempting to reduce the "burst effect"' and increase the release time. The basic idea of the thesis was, in a first stage, the encapsulation of the drug in liposomes -lipid vesicles capable of drug transport- and their subsequent inclusion in polymeric hydrogels in the rationale of creating two "barriers" in drug release process. First, obtained hydrogels are based on chitosan/gelatin and chitosan/poly(vinyl alcohol) partly covalently crosslinked with glutaraldehyde and dominantly ionically with anion sulfate or tripolyphosphate. A second category is based on chitosan hydrogels, alone or in combination with poly(vinyl alcohol), crosslinked with tannic acid through numerous hydrogen bonds. Hydrogels were characterized structurally, morphologically, in terms of the behavior in aqueous media and thermal stability, the qualities of biomaterial (hemocompatibility and cytotoxicity), the ability to include and release a model compound (calcein) free or encapsulated in liposomes. Dependence of properties (swelling, release of soluble compounds included) on the preparation process parameters (amount of crosslinker, polymers ratio used, chitosan molecular weight) is established. Performing calcein release kinetic studies (calcein included directly in hydrogels or encapsulated in liposomes subsequently dispersed in hydrogels) proves the correctness of the starting hypothesis: whatever type of crosslinking applied for the preparation of hydrogels, the release of calcein from complex systems (hydrogel-liposomes-calcein) is much delayed without manifesting practically "burst effect". The paper concludes with a chapter with modeling the release kinetics from the studied systems and with the Conclusions and Perspectives. Given the potential application of such hydrogels in the form of films for treating skin conditions, preliminary results of levofloxacin release from a transdermal system that simulates human dermis are shown.

Neurons can respond to input by firing isolated action potentials or spikes. Sequences of spikes have been linked to the encoding of neuron input. However, many neurons also fire bursts; mechanistically distinct responses consisting of brief high-frequency spike firing. Bursts form separate response symbols but historically have not been thought to encode input. However, recent experimental evidence suggests that bursts can encode input in parallel with tonic spikes. The recognition of bursts as distinct encoding symbols raises important questions; these form the basic aims of this thesis: (1) What inputs do bursts encode? (2) Does burst structure provide extra information about different inputs. (3) Is burst coding robust against the presence of noise; an inherent property of all neural systems? (4) What mechanisms are responsible for burst input encoding? (5) How does burst coding manifest in in-vivo neurons. To answer these questions, bursting is studied using a combination of neuron models and in-vivo hippocampal neuron recordings. Models ranged from neuron-specific cell models to models belonging to three fundamentally different burst dynamic classes (unspecific to any neural region). These classes are defined using concepts from non-linear system theory. Together, analysing these model types with in-vivo recordings provides a specific and general analysis of burst encoding. For neuron-specific and unspecific models, a number of model types expressing different levels of biological realism are analysed. For the study of thalamic encoding, two models containing either a single simplified burst-generating current or multiple currents are used. For models simulating three burst dynamic classes, three further models of different biological complexity are used. The bursts generated by models and real neurons were analysed by assessing the input they encode using methods such as information theory, and reverse correlation. Modelled bursts were also analysed for their resilience to simulated neural noise. In all cases, inputs evoking bursts and tonic spikes were distinct. The structure of burst-evoking input depended on burst dynamic class rather than the biological complexity of models. Different n-spike bursts encoded different inputs that, if read by downstream cells, could discriminate complex input structure. In the thalamus, this n-spike burst code explains informative responses that were not due to tonic spikes. In-vivo hippocampal neurons and a pyramidal cell model both use the n-spike code to mark different LFP features. This n-spike burst may therefore be a general feature of bursting relevant to both model and in-vivo neurons. Bursts can also encode input corrupted by neural noise, often outperforming the encoding of single spikes. Both burst timing and internal structure are informative even when driven by strongly noise-corrupted input. Also, bursts induce input-dependent spike correlations that remain informative despite strong added noise. As a result, bursts endow their constituent spikes with extra information that would be lost if tonic spikes were considered the only informative responses.

O controle ativo de vazamentos é fundamental para o gerenciamento dos recursos hídricos, e particularmente o problema de sua detecção precisa de alternativas de solução. Nesta pesquisa foram desenvolvidos três métodos para detecção da ocorrência de vazamentos ou outras alterações em redes de distribuição de água para abastecimento, durante operação, com base na análise dos sinais de pressão adquiridos por monitoramento permanente na rede. Os métodos foram desenvolvidos com informações de um estudo de caso real, e fundamentam-se em cadeias de Markov, em controle estatístico de processos, e em comparação com padrões, respetivamente. Seu desempenho global foi quantificado com a área abaixo da curva ROC, obtendo valores médios de 0,67, 0,65 e 0,71, respetivamente. Foi encontrado que a ocorrência de vazamentos produz mudanças nas pressões medidas na rede, mas tais mudanças podem ser próximas às que acontecem pela operação normal, de forma que os métodos propostos constituem ferramentas de suporte ao gerenciamento úteis, sem atingir a detecção e diferenciação da totalidade dos vazamentos e alterações. / Active leak control is fundamental on water resources managment, and particullary the detection problem needs alternative solutions. On this research three methods for leak or anomaly detection on operating supply systems were developed, based on analisys of pressure signals acquired by network monitoring. The proposed methods used real data from a case study, and are based on Markov chains, statistical process control, and pattern comparison, respectively. Their overall performances on case study were measured using the area under ROC curve, reaching averages 0,67, 0,65 and 0,71, respectively. It was found that a leak onset result in disturbances on measured preassure, but sometimes those disturbances are close to those of normal operation, therefore proposed methods are useful decision tools, not reaching detection and distinction for all the leaks or anomalies.

Este estudo estende a abordagem micromecânica baseada em células computacionais e a abordagem baseada em deformação utilizando o critério de CTOA para descrever extensão dúctil de trincas longitudinais em dutos de aços de elevada tenacidade sob alta pressão. Ensaios laboratoriais realizados em aços API 5L X60 e X70 utilizando corpos-de-prova padronizados de fratura com trinca profunda, produzem os resultados necessários para medir as curvas de resistência à propagação de trincas e calibrar os parâmetros dos modelos de Gurson e CTOA para estes materiais. O foco central deste trabalho é a aplicação da metodologia de células computacionais e o critério de CTOA para prever as pressões de colapso medidas experimentalmente em dutos de paredes finas contendo trincas longitudinais. O programa experimental inclui espécimes pré-trincados com 508 mm (20") e 219 mm (8 5/8") com diferentes profundidades de trincas. Foram conduzidas análises de elementos finitos, sob estado plano de deformações e no contexto 3D pleno utilizando modelos detalhados dos dutos para descrever a extensão de trinca com o incremento de pressão. As simulações numéricas demonstram a eficiência e limitações de ambas as abordagens para descrever a resposta de crescimento de dúctil e prever a pressão de colapso para os dutos testados. Enquanto o critério de CTOA ainda parece ter limitada aplicabilidade para prever o comportamento dúctil dos dutos, a previsão da resposta dúctil do dutos pré-trincados utilizando o modelo de células computacionais mostrou boa concordância com as pressões de colapso medidas experimentalmente. / This study extends a micromechanics approach based upon the computational cell methodology incorporating the Gurson model and a deformation-based approach using the CTOA criterion to describe ductile crack extension of longitudinal crack-like defects in high pressure pipeline steels. Laboratory testing of API 5L X60 and X70 steels at room temperature using standard, deeply cracked fracture specimens provides the data needed to measure the crack growth resistance curve and to calibrate the Gurson and the CTOA parameters for these materials. A central focus of the paper is the application of the cell methodology and the CTOA criterion to predict experimentally measured burst pressures for thin-walled gas pipeline containing longitudinal cracks. The experimental program includes precracked pipe specimens with 508 mm (20 inches) O.D. and 219 mm (8 5/8 inches) O.D. with varying crack depth to thickness ratios (at). Plane-strain and full 3D computations are conducted on detailed finite element models for the pipe specimens to describe crack extension with increased pressure. The numerical simulations demonstrate the effectiveness and limitations of both approaches to describe crack growth response and to predict the burst pressure for the tested pipes. While the CTOA criterion still appears to have limited applicability to predict ductile cracking behavior for the pipe specimens, the cell model predictions of the ductile response for the precracked pipes show good agreement with experimentally measured burst pressures.

Sugarcane (Saccharum spp) is an important commercial crop cultivated widely in tropical and subtropical countries. Primarily sugarcane is used to produce sugar and recently it is proven to be a valuable resource for bioethanol, biodiesel, bioplastic and bioelectricity. Smut is one of the most serious sugarcane disease and occurs in sugarcane fields all over the world. The disease is caused by the biotrophic fungus Sporisorium scitamineum. The fungus induces metabolic changes in the plant leading to the production of a whip-like structure where fungal sporogenesis take place. The objective of this study was to analyse the reactive oxygen species (ROS) production, antioxidant enzymes activity and expression of genes associated with the ROS metabolism in smut susceptible (IAC66-6) and resistant sugarcane genotypes (SP80-3280). In addition, this work assessed the relationship between antioxidant enzymes and sensitivity of S. scitamineum to exogenous hydrogen peroxide (H2O2). This thesis is presented in the format of two chapters (chapters 2 and 3). In the second chapter, the results revealed that there were variations in the antioxidant system as well as in the ROS production in resistant sugarcane genotype, whereas few changes occurred in the susceptible genotype inoculated with S. scitamineum. Microscopic analysis revealed that S. scitamineum teliospore germination and appressorium formation were delayed during early infection in the smut resistant genotype, which coincided with H2O2 accumulation. In chapter 3, the results demonstrated that S. scitamineum is highly resistant to exogenous H2O2. At 2 mM exogenous H2O2 concentration the fungus presented an effective antioxidant system in response to the secondary products of oxidative stress. Furthermore, S. scitamineum when exposed for a long time at 2 mM exogenous H2O2 concentration it can acquire an adaptive response to H2O2. The results obtained in this study contributed to increase the understanding of this very complex interaction between sugarcane and S. scitamineum and it will be helpful toward understanding which aspects are involved in the resistance to S. scitamineum. These informations are important to create strategies for improving smut resistance in sugarcane. / Cana-de-açúcar (Saccharum spp) é uma importante cultura comercial amplamente cultivada em países tropicais e subtropicais. A cana-de-açúcar é principalmente utilizada para produzir açúcar e recentemente é considerada uma valiosa fonte para produção de bioetanol, biodiesel, bioplásticos e bioeletricidade. O carvão é uma das doenças mais graves da cana-de-açúcar e ocorrem em canaviais do mundo inteiro. A doença é causada pelo fungo biotrófico Sporisorium scitamineum. Este fungo induz mudanças metabólicas na planta, levando a formação de uma estrutura chamada chicote, onde ocorre a esporogênese. O objetivo desse estudo foi analisar a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), atividade de enzimas antioxidantes e a expressão de genes associados ao metabolismo de EROs em genótipos de cana-açúcar susceptível (IAC66-6) e resistente (SP80-3280). Além disso, este trabalho avaliou a relação entre as enzimas antioxidantes e sensibilidade de S. scitamineum a peróxido de hidrogênio (H2O2) exógeno. Esta tese está apresentada no formato de 2 capítulos (capítulos 2 e 3). No segundo capítulo, os resultados revelaram que ocorreram alterações no sistema antioxidante, bem como na produção de EROs no genótipo resistente, enquanto que poucas mudanças ocorreram no genótipo susceptível inoculado com S. scitamineum. Análises de microscopia revelaram que a germinação de teliósporos e a formação de apressórios de S. scitamineum atrasou durante o início da infeção no genótipo resistente ao carvão, coincidindo com o acúmulo de H2O2. No capítulo 3, os resultados demonstraram que S. scitamineum é altamente resistente a H2O2 exógeno. O fungo crescendo na concentração de 2 mM de H2O2 apresentou um eficiente sistema antioxidante em resposta a produtos secundários do estresse oxidativo. Além disso, quando S. scitamineum foi exposto a 2 mM de H2O2 exógeno, ele pode adquirir uma resposta adaptativa ao H2O2. Os resultados obtidos neste estudo contribuíram para aumentar o entendimento dessa complexa interação entre cana e S. scitamineum e será útil para a compreensão de quais aspectos estão envolvidos na resistência a este fungo. Estas informações são importantes para criar estratégias para o melhoramento de cana a essa doença.

O controle ativo de vazamentos é fundamental para o gerenciamento dos recursos hídricos, e particularmente o problema de sua detecção precisa de alternativas de solução. Nesta pesquisa foram desenvolvidos três métodos para detecção da ocorrência de vazamentos ou outras alterações em redes de distribuição de água para abastecimento, durante operação, com base na análise dos sinais de pressão adquiridos por monitoramento permanente na rede. Os métodos foram desenvolvidos com informações de um estudo de caso real, e fundamentam-se em cadeias de Markov, em controle estatístico de processos, e em comparação com padrões, respetivamente. Seu desempenho global foi quantificado com a área abaixo da curva ROC, obtendo valores médios de 0,67, 0,65 e 0,71, respetivamente. Foi encontrado que a ocorrência de vazamentos produz mudanças nas pressões medidas na rede, mas tais mudanças podem ser próximas às que acontecem pela operação normal, de forma que os métodos propostos constituem ferramentas de suporte ao gerenciamento úteis, sem atingir a detecção e diferenciação da totalidade dos vazamentos e alterações. / Active leak control is fundamental on water resources managment, and particullary the detection problem needs alternative solutions. On this research three methods for leak or anomaly detection on operating supply systems were developed, based on analisys of pressure signals acquired by network monitoring. The proposed methods used real data from a case study, and are based on Markov chains, statistical process control, and pattern comparison, respectively. Their overall performances on case study were measured using the area under ROC curve, reaching averages 0,67, 0,65 and 0,71, respectively. It was found that a leak onset result in disturbances on measured preassure, but sometimes those disturbances are close to those of normal operation, therefore proposed methods are useful decision tools, not reaching detection and distinction for all the leaks or anomalies.

Este estudo estende a abordagem micromecânica baseada em células computacionais e a abordagem baseada em deformação utilizando o critério de CTOA para descrever extensão dúctil de trincas longitudinais em dutos de aços de elevada tenacidade sob alta pressão. Ensaios laboratoriais realizados em aços API 5L X60 e X70 utilizando corpos-de-prova padronizados de fratura com trinca profunda, produzem os resultados necessários para medir as curvas de resistência à propagação de trincas e calibrar os parâmetros dos modelos de Gurson e CTOA para estes materiais. O foco central deste trabalho é a aplicação da metodologia de células computacionais e o critério de CTOA para prever as pressões de colapso medidas experimentalmente em dutos de paredes finas contendo trincas longitudinais. O programa experimental inclui espécimes pré-trincados com 508 mm (20") e 219 mm (8 5/8") com diferentes profundidades de trincas. Foram conduzidas análises de elementos finitos, sob estado plano de deformações e no contexto 3D pleno utilizando modelos detalhados dos dutos para descrever a extensão de trinca com o incremento de pressão. As simulações numéricas demonstram a eficiência e limitações de ambas as abordagens para descrever a resposta de crescimento de dúctil e prever a pressão de colapso para os dutos testados. Enquanto o critério de CTOA ainda parece ter limitada aplicabilidade para prever o comportamento dúctil dos dutos, a previsão da resposta dúctil do dutos pré-trincados utilizando o modelo de células computacionais mostrou boa concordância com as pressões de colapso medidas experimentalmente. / This study extends a micromechanics approach based upon the computational cell methodology incorporating the Gurson model and a deformation-based approach using the CTOA criterion to describe ductile crack extension of longitudinal crack-like defects in high pressure pipeline steels. Laboratory testing of API 5L X60 and X70 steels at room temperature using standard, deeply cracked fracture specimens provides the data needed to measure the crack growth resistance curve and to calibrate the Gurson and the CTOA parameters for these materials. A central focus of the paper is the application of the cell methodology and the CTOA criterion to predict experimentally measured burst pressures for thin-walled gas pipeline containing longitudinal cracks. The experimental program includes precracked pipe specimens with 508 mm (20 inches) O.D. and 219 mm (8 5/8 inches) O.D. with varying crack depth to thickness ratios (at). Plane-strain and full 3D computations are conducted on detailed finite element models for the pipe specimens to describe crack extension with increased pressure. The numerical simulations demonstrate the effectiveness and limitations of both approaches to describe crack growth response and to predict the burst pressure for the tested pipes. While the CTOA criterion still appears to have limited applicability to predict ductile cracking behavior for the pipe specimens, the cell model predictions of the ductile response for the precracked pipes show good agreement with experimentally measured burst pressures.

La ràpida evolució d’Internet i l’àmplia gamma de noves aplicacions (per exemple, multimèdia, videoconferència, jocs en línia, etc.) ha fomentat canvis revolucionaris en la manera com ens comuniquem. A més, algunes d’aquestes aplicacions demanden grans quantitats de recursos d’ample de banda amb diversos requeriments de qualitat de servei (QoS). El desenvolupament de la multiplexació per divisió de longitud d’ona (WDM) en els anys noranta va fer molt rendible la disponibilitat d’ample de banda. Avui dia, les tecnologies de commutació òptica de circuits són predominants en el nucli de la xarxa, les quals permeten la configuració de canals (lightpaths) a través de la xarxa. No obstant això, la granularitat d’aquests canals ocupa tota la longitud d’ona, el que fa que siguin ineficients per a proveir canals de menor ample de banda (sub-longitud d’ona). Segons la comunitat científica, és necessari augmentar la transparència dels protocols, així com millorar l’aprovisionament d’ample de banda de forma dinàmica. Per tal de fer això realitat, és necessari desenvolupar noves arquitectures. La commutació òptica de ràfegues i de paquets (OBS/OPS), són dues de les tecnologies proposades. Aquesta tesi contribueix amb tres arquitectures de xarxa destinades a millorar el transport de dades sub-longitud d’ona. En primer lloc, aprofundim en la naturalesa sense connexió en OBS. En aquest cas, la xarxa incrementa el seu dinamisme a causa de les transmissions a ràfega. A més, les col·lisions entre ràfegues degraden el rendiment de la xarxa fins i tot a càrregues molt baixes. Per fer front a aquestes col·lisions, es proposa un esquema de resolució de col·lisions pro actiu basat en un algorisme d’encaminament i assignació de longitud d’ona (RWA) que balanceja de forma automàtica i distribuïda la càrrega en la xarxa. En aquest protocol, el RWA i la transmissió de ràfegues es basen en l’explotació i exploració de regles de commutació que incorporen informació sobre contencions i encaminament. Per donar suport a aquesta arquitectura, s’utilitzen dos tipus de paquets de control per a l’encaminament de les ràfegues i l’actualització de les regles de commutació, respectivament. Per analitzar els beneficis del nou algorisme, s’utilitzen quatre topologies de xarxa diferents. Els resultats indiquen que el mètode proposat millora en diferents marges la resta d’algorismes RWA en funció de la topologia i sense penalitzar altres paràmetres com el retard extrem a extrem. La segona contribució proposa una arquitectura híbrida sense i orientada a connexió sobre la base d’un protocol de control d’accés al medi (MAC) per a xarxes OBS (DAOBS). El MAC ofereix dos mètodes d’accés: arbitratge de cua (QA) per a la transmissió de ràfegues sense connexió, i pre-arbitratge (PA) per serveis TDM orientats a connexió. Aquesta arquitectura permet una àmplia gamma d’aplicacions sensibles al retard i al bloqueig. Els resultats avaluats a través de simulacions mostren que en l’accés QA, les ràfegues de més alta prioritat tenen garantides zero pèrdues i latències d’accés molt baixes. Pel que fa a l’accés PA, es reporta que la duplicació de la càrrega TDM augmenta en més d’un ordre la probabilitat de bloqueig, però sense afectar en la mateixa mesura les ràfegues sense connexió. En aquest capítol també es tracten dos dels problemes relacionats amb l’arquitectura DAOBS i el seu funcionament. En primer lloc, es proposa un model matemàtic per aproximar el retard d’accés inferior i superior com a conseqüència de l’accés QA. En segon lloc, es formula matemàticament la generació i optimització de les topologies virtuals que suporten el protocol per a l’escenari amb tràfic estàtic. Finalment, l’última contribució explora els beneficis d’una arquitectura de xarxa òptica per temps compartit (TSON) basada en elements de càlcul de camins (PCE) centralitzats per tal d’evitar col·lisions en la xarxa. Aquesta arquitectura permet garantir l’aprovisionament orientat a connexió de canals sub-longitud d’ona. En aquest capítol proposem i simulem tres arquitectures GMPLS/PCE/TSON. A causa del enfocament centralitzat, el rendiment de la xarxa depèn en gran mesura de l’assignació i aprovisionament de les connexions. Amb aquesta finalitat, es proposen diferents algorismes d’assignació de ranures temporals i es comparen amb les corresponents formulacions de programació lineal (ILP) per al cas estàtic. Per al cas de tràfic dinàmic, proposem i avaluem mitjançant simulació diferents heurístiques. Els resultats mostren els beneficis de proporcionar flexibilitat en els dominis temporal i freqüencial a l’hora d’assignar les ranures temporals. / The rapid evolving Internet and the broad range of new data applications (e.g., multimedia, video-conference, online gaming, etc.) is fostering revolutionary changes in the way we communicate. In addition, some of these applications demand for unprecedented amounts of bandwidth resources with diverse quality of service (QoS). The development of wavelength division multiplexing (WDM) in the 90's made very cost-effective the availability of bandwidth. Nowadays, optical circuit switching technologies are predominant in the core enabling the set up of lightpaths across the network. However, full-wavelength lightpath granularity is too coarse, which results to be inefficient for provisioning sub-wavelength channels. As remarked by the research community, an open issue in optical networking is increasing the protocol transparency as well as provisioning true dynamic bandwidth allocation at the network level. To this end, new architectures are required. Optical burst/packet switching (OBS/OPS) are two such proposed technologies under investigation. This thesis contributes with three network architectures which aim at improving the sub-wavelength data transport from different perspectives. First, we gain insight into the connectionless nature of OBS. Here, the network dynamics are increased due to the short-lived burst transmissions. Moreover, burst contentions degrade the performance even at very low loads. To cope with them, we propose a proactive resolution scheme by means of a distributed auto load-balancing routing and wavelength assignment (RWA) algorithm for wavelength-continuity constraint networks. In this protocol, the RWA and burst forwarding is based on the exploitation and exploration of switching rule concentration values that incorporate contention and forwarding desirability information. To support such architecture, forward and backward control packets are used in the burst forwarding and updating rules, respectively. In order to analyze the benefits of the new algorithm, four different network topologies are used. Results indicate that the proposed method outperforms the rest of tested RWA algorithms at various margins depending on the topology without penalizing other parameters such as end-to-end delay. The second contribution proposes a hybrid connectionless and connection-oriented architecture based on a medium access control (MAC) protocol for OBS networks (DAOBS). The MAC provides two main access mechanisms: queue arbitrated (QA) for connectionless bursts and pre-arbitrated (PA) for TDM connection-oriented services. Such an architecture allows for a broad range of delay-sensitive applications or guaranteed services. Results evaluated through simulations show that in the QA access mode highest priority bursts are guaranteed zero losses and very low access latencies. Regarding the PA mode, we report that doubling the offered TDM traffic load increases in more than one order their connection blocking, slightly affecting the blocking of other connectionless bursts. In this chapter, we also tackle two of the issues related with the DAOBS architecture and its operation. Firstly, we model mathematically the lower and upper approximations of the access delay as a consequence of the connectionless queue arbitrated access. Secondly, we formulate the generation of the virtual light-tree overlay topology for the static traffic case.