Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-02-21T21:14:12Z No. of bitstreams: 1 JucikleciaDaSilvaReinaldo_TESE.pdf: 5032340 bytes, checksum: b1beaa4ac0c047c8890f7084d295b5df (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-02-22T21:03:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JucikleciaDaSilvaReinaldo_TESE.pdf: 5032340 bytes, checksum: b1beaa4ac0c047c8890f7084d295b5df (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T21:03:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JucikleciaDaSilvaReinaldo_TESE.pdf: 5032340 bytes, checksum: b1beaa4ac0c047c8890f7084d295b5df (MD5) Previous issue date: 2017-11-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Neste trabalho foi realizado um estudo para investigar a influ?ncia da estrutura qu?mica no comportamento reol?gico na regi?o da viscoelasticidade linear das blendas polim?ricas constitu?das de pol?meros acr?licos (poli(metacrilato de metila) homopol?mero (PMMAh), poli(metacrilato de metila) com elast?mero (PMMAe)) e estir?nicos (poliestireno (PS), copol?mero estireno-acrilonitrila (SAN), copol?mero acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) e copol?mero metacrilato de metila-butadieno-estireno (MBS)). A espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) mostrou diferentes bandas caracter?sticas das estruturas qu?mica e a calorimetria explorat?ria diferencial (DSC) identificou as temperaturas de transi??o v?trea (Tg) relacionadas aos acr?licos, estir?nicos e fase elastom?rica do PMMAe, ABS e MBS. Os resultados da composi??o qu?mica do SAN e ABS mostraram que a porcentagem de AN encontravam-se dentro da janela de miscibilidade para as misturas com o PMMA, isto ?, de 25 e 21%, respectivamente. Os resultados reol?gicos a baixas frequ?ncias na regi?o de viscoelasticidade linear mostraram que houve uma mudan?a significativa no comportamento reol?gico em rela??o ao uso do PMMAh, quando comparado ao uso do PMMAe e, mostraram tamb?m, a miscibilidade e imiscibilidade das blendas polim?ricas com varia??o estrutural dos componentes minorit?rios. A microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e microscopia eletr?nica de transmiss?o (MET) mostraram a imiscibilidade nas blendas polim?ricas com PS e miscibilidade da blenda PMMAh/SAN, e tamb?m a miscibilidade entre o PMMAh com SAN livre do ABS na blenda PMMAh/ABS, corroborando com os resultados reol?gicos. Entretanto, as blendas polim?ricas com PMMAe apresentaram resultados microrreol?gicos complexos, devido a presen?a da fase elastom?rica. As fotomicrografias mostraram a miscibilidade entre o PMMA e o SAN nas blendas PMMAe/SAN e PMMAe/ABS, onde o PMMAe apresentou part?culas do tipo casca-n?cleo (core-shell) e o ABS apresentou dom?nios de fase dispersa de polibutadieno. / The aim of this work was to investigate the influence of the effect of the chemical structure on the rheological behavior in the linear viscoelastic region of polymer blends consisting of acrylic polymers (poly (methyl methacrylate) homopolymer (PMMAh), poly (methyl methacrylate) with elastomeric particles (PMMAe)) and styrenic polymers (polystyrene (PS), styrene-acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) and methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer (MBS)). Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) showed a different bands characteristic of the chemical structures and tje differential scanning calorimetry (DSC) identified the glass transition temperatures (Tg) related to acrylics, styrenics and elastomeric phases of PMMAe, ABS and MBS. The results of the chemical compositions of the SAN and ABS showed that the percentage of AN were within the miscibility window for mixtures with PMMA, ie 25 and 21 wt%, respectively. The rheological results obtained at low frequency in the region of linear viscoelasticity showed that there was a significant change in the rheological behavior in relation to the use of PMMAh when compared to the use of PMMAe and also showed the miscibility and immiscibility of the polymer blends with structural variation of the minority components. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed the immiscibility in polymer blends with PS and miscibility in PMMAh/SAN blend, as well as the miscibility between PMMAh and free SAN of the ABS in the PMMAh/ABS blend, corroborating with the rheological results. However, the polymer blends with PMMAe presented complex microrreological results due to the presence of the elastomeric phase. Photomicrographs showed the miscibility between PMMA and SAN in the PMMAe/SAN and PMMAe/ABS blends, where PMMAe presented core-shell particles and ABS showed dispersed phase domains of the polybutadiene.

A caracterização das propriedades visco-elástico-plásticas dos materiais asfálticos são importantes para uma melhor compreensão do comportamento mecânico e performance de pavimentos. O módulo complexo visa caracterizar as propriedades viscoelásticas lineares do material presente no campo das pequenas deformações. O ensaio para obtenção do módulo dinâmico pode ser realizado a partir de um carregamento senoidal uniaxial de compressão com frequências que podem variar de 0,1Hz a 25Hz e com temperaturas de -10°C a 54°C. O valor absoluto do módulo complexo é conhecido como módulo dinâmico |E*|, que pode ser definido como uma relação entre a amplitude de tensão e a amplitude de deformação. Já, a defasagem entre a tensão e a deformação é conhecida como ângulo de fase, que é um indicador das propriedades viscosas do material. Esta dissertação possuiu como objetivo caracterizar as propriedades viscoelásticas das misturas asfálticas quentes e mornas comumente utilizadas no Rio Grande do Sul, utilizando um aditivo surfactante para as misturas mornas. Para tanto foram dosadas 4 misturas asfálticas com agregados basálticos e os ligantes CAP 50/70, AMP 60/85, AB8 e CAP TLA e obtidos os parâmetros de adesividade e resistência dessas misturas quentes e mornas. Para a realização do ensaio de módulo dinâmico foi realizado uma revisão bibliográfica sobre os procedimentos de ensaio e análise de dados, posteriormente, foi adotada a metodologia adequada para os ensaios. Os mesmos foram realizados utilizando uma prensa universal MTS e a análise dos dados foi realizada com o auxílio das ferramentas do Microsoft Excel. Através do estudo foi possível concluir que as misturas com ligante convencional possuem um comportamento similar entre a mistura convencional e a morna. O mesmo não ocorre nas misturas com ligante modificado, onde ocorre uma alteração tanto da fase viscosa como da elástica, sendo esse efeito mais predominante nas misturas modificadas por polímero. / The characterization of the viscoelastic-plastic properties of asphaltic materials are important for a better understanding of the pavements’ mechanical behavior and performance. The complex module aims to characterize as linear viscoelastic properties of the material present in the field of small deformations. The assay for obtaining the dynamic modulus can be performed from a compression uniaxial sinusoidal loading with frequencies ranging from 0.1Hz to 25Hz and temperatures from -10 °C to 54 °C. The absolute value of the complex modulus is known as dynamic module | E * |, which is defined as a relation between a stress amplitude and a strain amplitude. Already, a discrepancy between stress and strain is known as phase angle, which is an indicator of the viscous properties of the material. This dissertation aimed to characterize as viscoelastic properties of hot and warm asphalt mixtures commonly used in Rio Grande do Sul, using a surfactant additive for warm mixtures. In order to do so, four asphalt concrete mixes - composed with the basalt aggregates and binders CAP 50/70, AMP 60/85, AB 8 and CAP TLA – were designed. In addition, the parameters of adhesiveness and resistance to hot and warm mixtures were obtained. For a dynamic modulus test, a literature review was performed about the data analysis and test procedure, and a suitable methodology for testing was subsequently adopted. The tests were realized with an universal testing machine of MTS and the data analysis were performed by means of the Microsoft Excel tools. Through the study it was possible to conclude that mixtures with conventional binder presented similar behavior between a conventional and a warm mixture. The same does not occur in mixtures with modified binder, where a change in both the viscous and the elastic phases occurs, and this effect is more predominant in the polymer modified mixtures.

As vigas mistas de aço e concreto têm sido muito empregadas em obras civis de pequeno e grande porte. O emprego em conjunto de vigas de aço e lajes de concreto armado visa explorar as melhores características de cada um dos elementos, gerando uma solução estrutural econômica e eficiente. Os conectores de cisalhamento, que são os dispositivos de união desses elementos, permitem a transferência do esforço cortante ao longo da estrutura. O presente trabalho trata-se de uma continuação do estudo realizado por Tamayo (2011), o qual desenvolveu um código computacional em linguagem Fortran 90, utilizando o método dos elementos finitos, que é capaz de representar estruturas de vigas mistas em análises de curta duração. A teoria da plasticidade associada com um algoritmo de retorno explícito para o concreto e aço foi empregada em um procedimento incremental iterativo. O presente trabalho visa incluir a análise de serviço no código elasto-plástico, ou seja, a consideração dos efeitos de longa duração que interferem na distribuição de tensões e deformações da estrutura. A teoria da solidificação proposta por Bazant e Prasannan (1988) foi empregada para analisar os efeitos devido à fluência do concreto. Para o cálculo da fluência empregou-se um modelo reológico baseado na cadeia de Kelvin em série. Usando conceitos da série de Dirichlet, os parâmetros desta cadeia foram obtidos através de uma aproximação por mínimos quadrados. Em conjunto com a teoria da solidificação, os modelos de fluência e retração, propostos pelo Comité Euro-International du Béton (1990), foram utilizados. O amolecimento do concreto foi adicionado ao modelo computacional. Para os conectores de cisalhamento foi testada uma nova formulação empregando uma rigidez secante. As tarefas de pré e pós processamento foram realizadas através do software GiD que auxiliou nas etapas de geração da geometria e malha de elementos finitos, confecção de arquivo de entrada, e visualização dos resultados. Exemplos testados experimentalmente foram empregados para validação do modelo numérico proposto. / Steel-concrete composite beams have been widely applied to both small and large civil works. The combined use of steel beams and reinforced concrete slabs aims to explore the best features of each one, creating an efficient structural solution with low cost. The shear connectors are the device joining the steel beam and concrete slab, allowing the transfer of shear along the structure. This work follows the research of Tamayo (2011) who developed a program in Fortran 90 language, using the finite element method, capable of representing composite beam structures in short time analyzes. The associated theory of plasticity with an explicit return algorithm for concrete and steel was used in an incremental iterative procedure. This study aims to include the service analysis into the code, which means to account for long-term effects that influence the stress and strain distribution in the structure. The solidification theory proposed by Bazant and Prasannan (1988) was used to examine the creep effects of concrete. For the creep calculation, a rheological model based on the Kelvin chain in series was employed. Using concepts of Dirichlet series, the chain parameters were obtained through a least squares approximation. Together with the solidification theory, the creep and shrinkage models proposed by the Comité Euro-International du Béton (1990) were used. The concrete softening was added to the computational model. A new formulation using secant stiffness was tested for the shear connectors modeling. The pre and post processing tasks were performed using the GiD software, which was used for geometry and finite element mesh generation, input file writing, and results viewing. Specimens tested experimentally were used for the validation of the proposed numerical model.

Em túneis, a deformação do maciço e a pressão do solo no revestimento dependem das tensões e características do maciço, das tensões do maciço, da geometria, da rigidez, do instante da colocação do revestimento. A variação das tensões no revestimento e as deformações são causadas pelo avanço da escavação e as propriedades dependentes do tempo do maciço rochoso e revestimento. O objetivo desta dissertação é apresentar um modelo numérico para a análise tridimensional de túneis em maciços rochosos no programa ANSYS. Ele constitui uma ferramenta para calcular um túnel, revestido de concreto em diferentes situações de rigidez do revestimento, processo construtivo e características do maciço. O processo de escavação e colocação do revestimento é simulado pelo método da ativação/desativação de elementos em etapas sequenciais. O maciço apresenta comportamento elástico na primeira parte, e posteriormente uma lei viscoplástica. O concreto projetado e o concreto pré-moldado do revestimento são modelados como elásticos na primeira parte, e posteriormente, como materiais viscoelásticos utilizando o modelo da cadeia de Maxwell e de Kelvin, propostos por Bazant. Ambos os modelos foram calibrados por comparação com o Código Modelo fib 2010. A simulação do túnel é realizada através da incorporação de sub-rotinas para o concreto viscoelástico no programa ANSYS. Para validar o modelo são feitas comparações dos resultados obtidos no programa ANSYS com a solução analítica, com o programa GEOMEC91 e com o Novo Método Implícito, dependendo do caso. Um estudo paramétrico em elasticidade é realizado com o código ANSYS variando alguns parâmetros relevantes. Na segunda parte, o mesmo túnel revestido é modelado com dois diferentes tipos de revestimento e os dois modelos de cadeia citados. Finalmente, é comparado o comportamento com o túnel experimental Kielder, do qual se tem dados disponíveis da instrumentação. A comparação destes dados com os resultados do programa ANSYS mostra uma aproximação muito boa. / Stabilizing underground openings such as tunnels excavated in rock mass remain a major concern of geotechnical engineers dealing with this kind of structures. In tunnels, the rock mass strain and the ground pressure on lining depend on the stress and characteristics of the rock mass as well as of the geometry, the stiffness and the moment of the lining installation. Pressure variation on lining and strain are caused by the advance of excavation and the time-dependent properties of the rock mass and lining. This dissertation describes the numerical implementation of constitutive laws in the numerical code ANSYS. It is performed a numerical simulation with 3D finite elements of a tunnel. The rock mass presents elastic behavior in the first part and then a viscoplastic law. The shotcrete and precast concrete are modeled as elastic in the first part and then viscoelastic material with the constitutive laws of the Maxwell and the Kelvin chain model, proposed by Bazant. So the characteristics of the viscoelastic concrete changes with time until the stabilization. Both chain models had to be calibrated by comparing with de fib Model Code 2010. The finite elements simulation is performed by incorporating subroutines for the viscoelastic concrete model in the ANSYS code. The method to simulate the tunnel excavations is by activating and deactivating elements in sequential steps. In the first part of the dissertation two validations are performed. The analytical solution and the deformation achieved on the stabilization in the ANSYS code are compared for the validation of an unlined tunnel. For a lined tunnel, with an elastic and viscoplastic rock mass and elastic lining, validation is performed by comparing the results of the GEOMEC91 code with the ANSYS code. The results show a very good approximation in viscoplasticity and agree perfectly in elasticity. Also a parametric study is undertaken with the ANSYS code varying some relevant parameters. In the second part, it is compared the same tunnel with the two different concrete lining and the two chain models. Finally, it is compared with the Kielder experimental tunnel, which in situ measured data is available. The comparison of this data with the results from the ANSYS code shows a very good approximation.

O estudo do comportamento reológico de fluidos não Newtonianos tem grande importância em diversas áreas da engenharia. O aumento na demanda destes fluidos por exemplo, no uso doméstico, pessoal e em processos químicos acarreta em dificuldades que vão desde o processo de sua mistura ao seu manuseio. Dentre os fluidos não Newtonianos estão os viscoelásticos, os quais exibem deformação aparente quando os níveis de tensões são inferiores ao limite de escoamento do material e, dentro desta classe, alguns ainda podem apresentam comportamento elástico quando submetidos à baixa taxa de cisalhamento. Juntamente com os efeitos elasto-viscoplásticos, os materiais podem apresentar comportamento tixotrópico, onde devido as tensões sua reestruturação não é instantânea. Na presente Tese, fez-se um estudo numérico a fim de analisar o problema especifico de escoamentos de fluidos elasto-viscoplásticos com comportamento tixotrópico em uma expansão planar abrupta na razão de aspecto 4 : 1. O modelo mecânico aplicado consiste de uma equação viscoelástica para o campo de tensões, uma evolutiva para o parâmetro de estrutura do material, bem como as equações de conservação de massa e momento. O modelo mecânico aplicado mostrou-se capaz de prever o comportamento tixotrópico. A aproximação numérica do modelo aplicado foi feita através do método estabilizado de elementos finitos, especificamente o método Galerkin Mínimos-Quadrados (GLS), o qual foi implementado no código de elementos finitos para fluidos não Newtonianos em desenvolvimento no Laboratório de Mecânica dos Fluidos Aplicada e Computacional (LAMAC) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os fenômenos reológicos presentes no problema foram analisados a partir da influência da cinemática do escoamento, da elasticidade e da tixotropia, no nível de estruturação do material, na posição e tamanho das regiões não escoadas e na deformação elástica do material. Os resultados mostraram-se satisfatórios, pois condizem com os apresentados na literatura, apontando a boa predição do modelo mecânico aplicado bem como a robustez de sua implementação computacional. / The rheological behavior of non-Newtonian uids study is of great then importance in many areas of engineering. The increase in demand of these uids - for example, domestic use, personal and processes chemical - causes di culties ranging from the process of mixing it to handling. Among the non-Newtonian uids are viscoelastic, which exhibit apparent deformation when stress levels are lower than the yield limit of the material and, within this class, some still have elastic behavior when subjected to low shear rates. Together with the elastic-viscoplastic e ects, materials may exhibit thixotropic behavior, ie, due the restructuring strain is not instantaneous. In this thesis was made a numerical study to simulate the speci c problem of ow of elastic-viscoplastic uids with thixotropic behavior in abrupt planar expansion { common geometry in industrial systems associated with elastic-viscoplastic uids, whose ratio the aspect is 4:1. The mechanical behavior of most of these structured materials, are highly non-Newtonian, with this, there is need to make them more pseudoplastic, causing undesirable behaviors such as thixotropic which is a phenomenon somewhat characterized and modeled in the literature. The mechanical model applied is able to predict thixotropic behavior and is composed of a viscoelastic equation for the stress eld and an evolutionary to the material structure parameter in addition to the mass and momentum conservation equations. This mechanical model is approximated by a stabilized nite element model, called the Galerkin method of least squares (GLS). In order to study the rheological phenomena present in the problem is analyzed the in uence of the ow kinematics, elasticity and thixotropy in the level of structure of the material, in position and size of unyielded regions and the elastic deformation of the material. The results were satisfactory, since the the study of intensity the U the results agree with those reported in the literature pointing to good prediction of the mechanical model applied well as the hardiness of their computational implementation.The results of the elasticity showed quite spectacular behavior of unyielded regions of the material since for high values of relaxation time, the unyielded region of channel larger has the form of " ngers"because of the high exibility of the material along the line of symmetry of the channel. The results of the analysis of the elastic deformation show, that model correctly dosing the elasticity in the unyielded regions. The thixotropic e ects reported a slower structuring of the material with increasing characteristic time, in response to strain change caused by the expansion, results indicate that for high values of relaxation time, higher the distance between the unyielded regions of smaller channel and larger.

É apresentado um estudo sobre a influência da escolha dos parâmetros constitutivos no comportamento de misturas asfálticas, estudando o comportamento do material tanto no regime linear como o regime não-linear de deformações. Foram utilizados os dados experimentais da dissertação de Brito (2006), no qual realizou ensaios de compressão diametral medindo simultaneamente deslocamentos horizontais e verticais, além de que seus ensaios contemplavam corpos-de-prova variando o índice de vazios, crucial para as análises da presente tese. Comparou-se o comportamento das misturas de Brito extraindo-se delas as compliancias de cisalhamento J(t), de compressibilidade B(t) e a curva de fluência D(t) com coeficiente de Poisson assumido como constante. Os resultados das análises no regime linear mostraram que a consideração do coeficiente de Poisson implica alteração do comportamento do material em função do índice de vazios, resultando curvas de fluência diferentes na horizontal e vertical, não condizendo com a lógica de aumento da rigidez com a queda do índice de vazios. Provou-se também que o coeficiente de Poisson é totalmente incorreto para materiais viscoelásticos e assumi-lo como constante negligencia grau de viscoelasticidade do mesmo. Na análise não- linear, as principais conclusões foram que o uso do coeficiente de Poisson pode superestimar a rigidez do material quando este está em fluência não-linear, além de que independentemente do coeficiente de Poisson, o uso da Teoria de Potencial de Trabalho de Schapery não deve ser aplicado se considerada a fase de condicionamento nos dados do ensaio de fadiga, onde foi proposto um modelo para tal consideração que apresentou resultados de previsão satisfatórios frente aos resultados experimentais. Por fim, concluiu-se que o uso do coeficiente de Poisson em misturas asfálticas deve ser abandonado, recomendando-se o uso das compliancias J(t) e B(t), pois são parâmetros constitutivos fundamentais e sem as limitações impostas pelo coeficiente de Poisson. Além disto, recomenda-se cuidado no uso da Teoria do Potencial de Trabalho, não adaptada para a fase de condicionamento do material, recomendando-se uso de modelo auxiliar para, sugerindo-se assim o modelo deduzido nesta tese para uso conjunto com a Teoria do Potencial de Trabalho. / A study on the influence of the choice of constitutive parameters on the behavior of asphalt mixtures, studying the behavior of the material both in the linear and non-linear level of strains. The experimental data from the dissertation of Brito (2006) has been used, which performed indirect tensile tests measuring both horizontal and vertical displacements. The material tested by Brito has taken into account a reasonable range of air voids, which was crucial for the analysis of this thesis. The behavior of the mixes has been compared extracting from them the shear compliances J(t), compressibility B (t) and creep compliance D (t) with Poisson's ratio assumed as constant. The analysis results in the linear level of strains has shown that the consideration of Poisson's ratio implies change in material behavior in function of the air voids, resulting different creep compliances in the horizontal and vertical, not matching the logic increasing of stiffness with the decreasing of the air voids. It was also proved that the Poisson ratio is totally incorrect for viscoelastic materials and assume it as constant neglect of degree of viscoelasticity. In nonlinear analysis, the main conclusions were that the use of Poisson's ratio may overestimate the stiffness of the material when it is in nonlinear creep, despite the use of Poisson's ratio, the Schapery’s Work Potential Theory should not be applied if considered in the conditioning phase of the fatigue test data, where a model was proposed for such consideration and the results were satisfactory prediction compared to experimental results. Finally, it was concluded that the use of Poisson's ratio in asphalt mixtures must be abandoned, recommending the use of compliances J (t) and B (t), which are fundamental constitutive parameters without the constraints imposed by the Poisson’s ratio. Moreover, caution is advised in the use of the Schapery’s Work Potential Theory, not adapted to the conditioning phase of the material, recommending the use of auxiliary model, thus suggesting the model deduced in this thesis for use in conjunction with the Schapery’s Work Potential Theory.

Este trabalho tem como objetivo caracterizar experimentalmente a difusão anômala de microesferas em células com alta resolução temporal. As microesferas são cobertas com um peptídeo para que elas fiquem aderidas ao citoesqueleto celular (CSK), de forma que quando o CSK se movimenta, as microesferas se movimentam junto. A grande parte dos trabalhos na literatura usa técnicas ativas, que consistem em aplicar uma perturbação na célula, para estudar a movimentação das microesferas, diferente da técnica usada neste trabalho, que é passiva. A vantagem de usar a técnica passiva é que é possível olhar a difusão das microesferas, sem haver fatores externos ativos atuando, porque o CSK já é um ambiente sujeito a forças dos próprios motores celulares, o que está relacionado com o comportamento anômalo. Ao calcular o deslocamento quadrático médio (MSD) das microesferas, os regimes aos quais as microesferas estão sujeitas, são o subdifusivo e o superdifusivo, e ambos possuem características que podem ser consideradas comportamento anômalo. Neste trabalho focamos em estudar a difusão anômala a altas frequências, usando uma câmera que pode chegar a 1000 frames por segundo (fps) para observações curtas, ou em torno de 200 fps, sustentável por longos tempos, a fim de evidenciar o comportamento anômalo. Conseguimos mostrar que a movimentação das microesferas segue uma lei de potência para deslocamentos normalizados |Z| > 3, o que indica que o fenômeno é livre de escala, corroborando com a hipótese de o citoplasma celular ter um comportamento do tipo mole. Além disso, como a análise do movimento é baseada na análise de imagem da posição das microesferas, propusemos um estudo para estimar o erro na posição das microesferas. / The aim of this master\'s thesis is to characterize experimentally anomalous diffusion of microbeads in cells with high temporal resolution. The microbeads are coated with a peptide, such that they can bound to integrins, which is a specific cell surface receptor, thus when the cytoskeleton moves the microbeads move together. The majority of works in scientific literature deals with active techniques, that consists of applying a disturbance on the cell, in order to investigate the movement of the beads, differently from the passive technique used in this work. The advantage of using the passive technique is that it makes possible to look to diffusion without having external active factors, because the cell cytoskeleton itself is an environment subjected to forces, provided by cell motors, which has been related to the anomalous behavior in the mean squared displacement. When calculating the microbeads mean squared displacement (MSD), they are subjected to the subdiffusive and supperdifusive regimes, and both have characteristics that can be considered anomalous behavior. Our goal was to study anomalous diffusion at high frequencies by using a camera that reaches up to 1000 frames per second (fps), for shorter observation times, or around 200 fps, sustainable for longer observation times, having the purpose of evidencing the anomalous behavior. We were able to show that the microbeads movement follows a power law for normalized displacements |Z| > 3, indicating that the phenomenon is scale-free, agreeing with the hypothesis that the cellular cytoplasm has a soft glassy behavior. Besides, since the movement analysis is based on the microbeads position image analysis, we have proposed a way to estimate the error in the microbeads position.

A magneto-acustografia ou, em uma nova terminologia mais abrangente, vibromagneto-acustografia (VMA) é uma técnica que combina técnicas magnéticas e acústicas, a fim de observar o comportamento visco-elástico de um meio material marcado com partículas magnéticas (alvo). A força magnética oscilatória de frequência () provoca, dentro do alvo, movimento das partículas e do meio material com frequência (2). O feixe acústico pulso-eco utilizado para detectar o movimento das estruturas, tem uma frequência de repetição de pulso (PRF), no mínimo, cinco vezes maior que a frequência do movimento do alvo. Assim, a proposta deste projeto foi desenvolver um protocolo de aquisição, processamento e análise da técnica VMA, por meio da implementação de uma plataforma automatizada de aquisição, que forneça dados estruturados para posteriormente através de uma plataforma de processamento analisar diferentes aplicações da técnica VMA em fantomas e in vivo. A primeira etapa foi desenvolver a plataforma de aquisição utilizando um equipamento de ultrassom diagnóstico por imagem. Nesta etapa foi desenvolvido um software, com interface gráfica de usuário, escrito em C++ e Qt com a função de automatizar a excitação magnética e a aquisição acústica de alta resolução temporal, foram definidos os protocolos padrão dos modos de excitação magnética e de aquisição acústica em termos da taxa de aquisição dos frames ultrassônicos para gerar movimentos oscilatórios ou ondas de cisalhamento. Em seguida, os dados provenientes das aquisições foram estruturados por meio de um cabeçalho para transferência para outros computadores através do protocolo TCP/IP. Depois foi desenvolvida um software, com interface gráfica de usuário, para a fase de processamento e análise. O processamento dos frames adquiridos em modo radiofrequência (RF) consistiu em obter mapas de deslocamentos ou velocidades das estruturas internas do meio material utilizado como alvo. Nesta etapa adaptamos o algoritmo de correlação cruzada normalizada com correção de pico de máxima correlação x e obtivemos mapas otimizados para a técnica VMA. A avaliação da otimização destes mapas foi baseada na avaliação entre a resolução espacial e tempo computacional. A partir do uso destes softwares em experimentos com fantomas e in vivo foram desenvolvidos métodos de análise da frequência dos deslocamentos e segmentação/caracterização de ondas de cisalhamento em termos da sua velocidade e atenuação. Por fim, foi implementado um sistema VMA automatizado composto, por uma plataforma de aquisição embarcada em equipamento de diagnóstico por ultrassom para aquisição de mapas de RF e, que posteriormente eram transferidos para um computador com hardware superior para geração de mapas de deslocamento do meio material. Os mapas foram analisados para determinação de parâmetros visco-elásticos. Além disso, através da implementação da técnica VMA, viabilizou-se estudos clínicos de maneira rápida e eficiente, por exemplo, análises gástricas após a digestão de alimentos marcados com partículas magnéticas e produção de ondas de cisalhamento para caracterização viscoelástica. / The magneto motive ultrasound (MMUs) is a novel technique, which combines magnetism and acoustics, in order to observe viscoelastic behavior of medium labeled with inserted magnetic particles. The magnetic force with modulation frequency () creates a mechanical disturbance in the object of study with twice the modulation frequency (2). Was applied a pulse-echo ultrasonic beamforming with pulse repetition frequency (PRF) at least five times greater than frequency of internal structure movement. The aim of this study was to develop an acquisition, processing and analysis protocol for MMUs through implementation of an automated platform for acquisition, which provides structured datasets for further processing and analysis of different applications (tissue mimicking phantoms or in vivo) of MMUs. First step was to develop the acquisition platform using an ultrasound research interface (URI). At this stage was developed a software with graphical user interface (GUI) written using C++ and Qt. This software automates magnetic excitation and acoustic acquisition, which has high frame rate. In addition, were defined default presets to provide oscillatory movement or shear waves. Then was created datasets acquired were structured and a header and transferred to an external personal computer through TCP/IP network. Second, the processing software with graphical user interface for processing and analyzing was developed. The frames acquired in radiofrequency (RF) mode were processed into displacement or velocity maps of medium internal structures. In this stage, we adapted a cross correlation algorithm to optimize for MMUs datasets. The evaluation of these maps was based on tradeoff between spatial resolution and computation time. Protocols for analysis of motion frequency and segmentation/characterization of shear waves, extracting velocity and attenuation for experiments performed with phantoms or in vivo were developed . In this work, it was implemented an automated MMUs system integrated with a software framework running on an ultrasound research interface (URI), which is used for acquisition of RF maps, further transferred for a PC with robust hardware to process into displacement maps. These maps were analyzed to obtain viscoelastic parameters of the medium. Moreover, this implementation of MMUs enables clinical fast and efficient trials for gastric evaluation of meals with magnetic particles and shear wave production for viscoelastic characterization.

É apresentado um estudo sobre a influência da escolha dos parâmetros constitutivos no comportamento de misturas asfálticas, estudando o comportamento do material tanto no regime linear como o regime não-linear de deformações. Foram utilizados os dados experimentais da dissertação de Brito (2006), no qual realizou ensaios de compressão diametral medindo simultaneamente deslocamentos horizontais e verticais, além de que seus ensaios contemplavam corpos-de-prova variando o índice de vazios, crucial para as análises da presente tese. Comparou-se o comportamento das misturas de Brito extraindo-se delas as compliancias de cisalhamento J(t), de compressibilidade B(t) e a curva de fluência D(t) com coeficiente de Poisson assumido como constante. Os resultados das análises no regime linear mostraram que a consideração do coeficiente de Poisson implica alteração do comportamento do material em função do índice de vazios, resultando curvas de fluência diferentes na horizontal e vertical, não condizendo com a lógica de aumento da rigidez com a queda do índice de vazios. Provou-se também que o coeficiente de Poisson é totalmente incorreto para materiais viscoelásticos e assumi-lo como constante negligencia grau de viscoelasticidade do mesmo. Na análise não- linear, as principais conclusões foram que o uso do coeficiente de Poisson pode superestimar a rigidez do material quando este está em fluência não-linear, além de que independentemente do coeficiente de Poisson, o uso da Teoria de Potencial de Trabalho de Schapery não deve ser aplicado se considerada a fase de condicionamento nos dados do ensaio de fadiga, onde foi proposto um modelo para tal consideração que apresentou resultados de previsão satisfatórios frente aos resultados experimentais. Por fim, concluiu-se que o uso do coeficiente de Poisson em misturas asfálticas deve ser abandonado, recomendando-se o uso das compliancias J(t) e B(t), pois são parâmetros constitutivos fundamentais e sem as limitações impostas pelo coeficiente de Poisson. Além disto, recomenda-se cuidado no uso da Teoria do Potencial de Trabalho, não adaptada para a fase de condicionamento do material, recomendando-se uso de modelo auxiliar para, sugerindo-se assim o modelo deduzido nesta tese para uso conjunto com a Teoria do Potencial de Trabalho. / A study on the influence of the choice of constitutive parameters on the behavior of asphalt mixtures, studying the behavior of the material both in the linear and non-linear level of strains. The experimental data from the dissertation of Brito (2006) has been used, which performed indirect tensile tests measuring both horizontal and vertical displacements. The material tested by Brito has taken into account a reasonable range of air voids, which was crucial for the analysis of this thesis. The behavior of the mixes has been compared extracting from them the shear compliances J(t), compressibility B (t) and creep compliance D (t) with Poisson's ratio assumed as constant. The analysis results in the linear level of strains has shown that the consideration of Poisson's ratio implies change in material behavior in function of the air voids, resulting different creep compliances in the horizontal and vertical, not matching the logic increasing of stiffness with the decreasing of the air voids. It was also proved that the Poisson ratio is totally incorrect for viscoelastic materials and assume it as constant neglect of degree of viscoelasticity. In nonlinear analysis, the main conclusions were that the use of Poisson's ratio may overestimate the stiffness of the material when it is in nonlinear creep, despite the use of Poisson's ratio, the Schapery’s Work Potential Theory should not be applied if considered in the conditioning phase of the fatigue test data, where a model was proposed for such consideration and the results were satisfactory prediction compared to experimental results. Finally, it was concluded that the use of Poisson's ratio in asphalt mixtures must be abandoned, recommending the use of compliances J (t) and B (t), which are fundamental constitutive parameters without the constraints imposed by the Poisson’s ratio. Moreover, caution is advised in the use of the Schapery’s Work Potential Theory, not adapted to the conditioning phase of the material, recommending the use of auxiliary model, thus suggesting the model deduced in this thesis for use in conjunction with the Schapery’s Work Potential Theory.

Em túneis, a deformação do maciço e a pressão do solo no revestimento dependem das tensões e características do maciço, das tensões do maciço, da geometria, da rigidez, do instante da colocação do revestimento. A variação das tensões no revestimento e as deformações são causadas pelo avanço da escavação e as propriedades dependentes do tempo do maciço rochoso e revestimento. O objetivo desta dissertação é apresentar um modelo numérico para a análise tridimensional de túneis em maciços rochosos no programa ANSYS. Ele constitui uma ferramenta para calcular um túnel, revestido de concreto em diferentes situações de rigidez do revestimento, processo construtivo e características do maciço. O processo de escavação e colocação do revestimento é simulado pelo método da ativação/desativação de elementos em etapas sequenciais. O maciço apresenta comportamento elástico na primeira parte, e posteriormente uma lei viscoplástica. O concreto projetado e o concreto pré-moldado do revestimento são modelados como elásticos na primeira parte, e posteriormente, como materiais viscoelásticos utilizando o modelo da cadeia de Maxwell e de Kelvin, propostos por Bazant. Ambos os modelos foram calibrados por comparação com o Código Modelo fib 2010. A simulação do túnel é realizada através da incorporação de sub-rotinas para o concreto viscoelástico no programa ANSYS. Para validar o modelo são feitas comparações dos resultados obtidos no programa ANSYS com a solução analítica, com o programa GEOMEC91 e com o Novo Método Implícito, dependendo do caso. Um estudo paramétrico em elasticidade é realizado com o código ANSYS variando alguns parâmetros relevantes. Na segunda parte, o mesmo túnel revestido é modelado com dois diferentes tipos de revestimento e os dois modelos de cadeia citados. Finalmente, é comparado o comportamento com o túnel experimental Kielder, do qual se tem dados disponíveis da instrumentação. A comparação destes dados com os resultados do programa ANSYS mostra uma aproximação muito boa. / Stabilizing underground openings such as tunnels excavated in rock mass remain a major concern of geotechnical engineers dealing with this kind of structures. In tunnels, the rock mass strain and the ground pressure on lining depend on the stress and characteristics of the rock mass as well as of the geometry, the stiffness and the moment of the lining installation. Pressure variation on lining and strain are caused by the advance of excavation and the time-dependent properties of the rock mass and lining. This dissertation describes the numerical implementation of constitutive laws in the numerical code ANSYS. It is performed a numerical simulation with 3D finite elements of a tunnel. The rock mass presents elastic behavior in the first part and then a viscoplastic law. The shotcrete and precast concrete are modeled as elastic in the first part and then viscoelastic material with the constitutive laws of the Maxwell and the Kelvin chain model, proposed by Bazant. So the characteristics of the viscoelastic concrete changes with time until the stabilization. Both chain models had to be calibrated by comparing with de fib Model Code 2010. The finite elements simulation is performed by incorporating subroutines for the viscoelastic concrete model in the ANSYS code. The method to simulate the tunnel excavations is by activating and deactivating elements in sequential steps. In the first part of the dissertation two validations are performed. The analytical solution and the deformation achieved on the stabilization in the ANSYS code are compared for the validation of an unlined tunnel. For a lined tunnel, with an elastic and viscoplastic rock mass and elastic lining, validation is performed by comparing the results of the GEOMEC91 code with the ANSYS code. The results show a very good approximation in viscoplasticity and agree perfectly in elasticity. Also a parametric study is undertaken with the ANSYS code varying some relevant parameters. In the second part, it is compared the same tunnel with the two different concrete lining and the two chain models. Finally, it is compared with the Kielder experimental tunnel, which in situ measured data is available. The comparison of this data with the results from the ANSYS code shows a very good approximation.