Application of neural networks for pavement evaluation

As vias de comunicação são indispensáveis para o desenvolvimento de uma nação, económica e socialmente. Num mundo globalizado, onde tudo deve chegar ao seu destino no menor espaço de tempo, as vias de comunicação assumem um papel vital. Assim, torna-se essencial construir e manter uma rede de transportes eficiente. Apesar de não ser o método mais eficiente, o transporte rodoviário é muitas vezes o mais económico e possibilita o transporte porta-a-porta, sendo em muitos casos o único meio de transporte possível. Por estas razões, o modo rodoviário tem uma quota significativa no mercado dos transportes, seja de passageiros ou mercadorias, tornando-o extremamente importante na rede de transportes de um país. Os países europeus fizeram um grande investimento na criação de extensas redes de estradas, cobrindo quase todo o seu território. Neste momento, começa-se a atingir o ponto onde a principal preocu+ação das entidades gestoras de estradas deixa de ser a construção de novas vias, passando a focar-se na necessidade de manutenção e conservação das vias existentes. Os pavimentos rodoviários, como todas as outras construções, requerem manutenção de forma a garantir bons níveis de serviço com qualidade, conforto e segurança. Devido aos custos inerentes às operações de manutenção de pavimentos, estas devem rigorosamente e com base em critérios científicos bem definidos. Assim, pretende-se evitar intervenções desnecessárias, mas também impedir que os danos se tornem irreparáveis e economicamente prejudiciais, com repercussões na segurança dos utilizadores. Para se estimar a vida útil de um pavimento é essencial realizar primeiro a caracterização estrutural do mesmo. Para isso, torna-se necessário conhecer o tipo de estrutura de um pavimento, nomeadamente a espessura e o módulo de elasticidade constituintes. A utilização de métodos de ensaio não destrutivos é cada vez mais reconhecida como uma forma eficaz para obter informações sobre o comportamento estrutural de pavimentos. Para efectuar estes ensaios, existem vários equipamentos. No entanto, dois deles, o Deflectómetro de Impacto e o Radar de Prospecção, têm demonstrado ser particularmente eficientes para avaliação da capacidade de carga de um pavimento, sendo estes equipamentos utilizados no âmbito deste estudo. Assim, para realização de ensaios de carga em pavimentos, o equipamento Deflectómetro de Impacto tem sido utilizado com sucesso para medir as deflexões à superfície de um pavimento em pontos pré-determinados quando sujeito a uma carga normalizada de forma a simular o efeito da passagem da roda de um camião. Complementarmente, para a obtenção de informações contínuas sobre a estrutura de um pavimento, o equipamento Radar de Prospecção permite conhecer o número de camadas e as suas espessuras através da utilização de ondas electromagnéticas. Os dados proporcionam, quando usados em conjunto com a realização de sondagens à rotação e poços em alguns locais, permitem uma caracterização mais precisa da condição estrutural de um pavimento e o estabelecimento de modelos de resposta, no caso de pavimentos existentes. Por outro lado, o processamento dos dados obtidos durante os ensaios “in situ” revela-se uma tarefa morosa e complexa. Actualmente, utilizando as espessuras das camadas do pavimento, os módulos de elasticidade das camadas são calculados através da “retro-análise” da bacia de deflexões medida nos ensaios de carga. Este método é iterativo, sendo que um engenheiro experiente testa várias estruturas diferentes de pavimento, até se obter uma estrutura cuja resposta seja o mais próximo possível da obtida durante os ensaios “in Situ”. Esta tarefa revela-se muito dependente da experiência do engenheiro, uma vez que as estruturas de pavimento a serem testadas maioritariamente do seu raciocínio. Outra desvantagem deste método é o facto de apresentar soluções múltiplas, dado que diferentes estruturas podem apresentar modelos de resposta iguais. A solução aceite é, muitas vezes, a que se julga mais provável, baseando-se novamente no raciocínio e experiência do engenheiro. A solução para o problema da enorme quantidade de dados a processar e das múltiplas soluções possíveis poderá ser a utilização de Redes Neuronais Artificiais (RNA) para auxiliar esta tarefa. As redes neuronais são elementos computacionais virtuais, cujo funcionamento é inspirado na forma como os sistemas nervosos biológicos, como o cérebro, processam a informação. Estes elementos são compostos por uma série de camadas, que por sua vez são compostas por neurónios. Durante a transmissão da informação entre neurónios, esta é modificada pela aplicação de um coeficiente, denominado “peso”. As redes neuronais apresentam uma habilidade muito útil, uma vez que são capazes de mapear uma função sem conhecer a sua fórmula matemática. Esta habilidade é utilizada em vários campos científicos como o reconhecimento de padrões, classificação ou compactação de dados. De forma a possibilitar o uso desta característica, a rede deverá ser devidamente “treinada” antes, processo realizado através da introdução de dois conjuntos de dados: os valores de entrada e os valores de saída pretendidos. Através de um processo cíclico de propagação da informação através das ligações entre neurónios, as redes ajustam-se gradualmente, apresentando melhores resultados. Apesar de existirem vários tipos de redes, as que aparentam ser as mais aptas para esta tarefa são as redes de retro-propagação. Estas possuem uma característica importante, nomeadamente o treino denominado “treino supervisionado”. Devido a este método de treino, as redes funcionam dentro da gama de variação dos dados fornecidos para o “treino” e, consequentemente, os resultados calculados também se encontram dentro da mesma gama, impedindo o aparecimento de soluções matemáticas com impossibilidade prática. De forma a tornar esta tarefa ainda mais simples, foi desenvolvido um programa de computador, NNPav, utilizando as RNA como parte integrante do seu processo de cálculo. O objectivo é tornar o processo de “retro-análise” totalmente automático e prevenir erros induzidos pela falta de experiência do utilizador. De forma a expandir ainda mais as funcionalidades do programa, foi implementado um processo de cálculo que realiza uma estimativa da capacidade de carga e da vida útil restante do pavimento, recorrendo a dois critérios de ruína. Estes critérios são normalmente utilizados no dimensionamento de pavimentos, de forma a prevenir o fendilhamento por fadiga e as deformações permanentes. Desta forma, o programa criado permite a estimativa da vida útil restante de um pavimento de forma eficiente, directamente a partir das deflexões e espessuras das camadas, medidas nos ensaios “in situ”. Todos os passos da caracterização estrutural do pavimento são efectuados pelo NNPav, seja recorrendo à utilização de redes neuronais ou a processos de cálculo matemático, incluindo a correcção do módulo de elasticidade da camada de misturas betuminosas para a temperatura de projecto e considerando as características de tráfego e taxas de crescimento do mesmo. Os testes efectuados às redes neuronais revelaram que foram alcançados resultados satisfatórios. Os níveis de erros na utilização de redes neuronais são semelhantes aos obtidos usando modelos de camadas linear-elásticas, excepto para o cálculo da vida útil com base num dos critérios, onde os erros obtidos foram mais altos. No entanto, este processo revela-se bastante mais rápido e possibilita o processamento dos dados por pessoal com menos experiência. Ao mesmo tempo, foi assegurado que nos ficheiros de resultados é possível analisar todos os dados calculados pelo programa, em várias fases de processamento de forma a permitir a análise detalhada dos mesmos. A possibilidade de estimar a capacidade de carga e a vida útil restante de um pavimento, contempladas no programa desenvolvido, representam também ferramentas importantes. Basicamente, o NNPav permite uma análise estrutural completa de um pavimento, estimando a sua vida útil com base nos ensaios de campo realizados pelo Deflectómetro de Impacto e pelo Radar de Prospecção, num único passo. Complementarmente, foi ainda desenvolvido e implementado no NNPav um módulo destinado ao dimensionamento de pavimentos novos. Este módulo permite que, dado um conjunto de estruturas de pavimento possíveis, seja estimada a capacidade de carga e a vida útil daquele pavimento. Este facto permite a análise de uma grande quantidade de estruturas de pavimento, e a fácil comparação dos resultados no ficheiro exportado. Apesar dos resultados obtidos neste trabalho serem bastante satisfatórios, os desenvolvimentos futuros na aplicação de Redes Neuronais na avaliação de pavimentos são ainda mais promissores. Uma vez que este trabalho foi limitado a uma moldura temporal inerente a um trabalho académico, a possibilidade de melhorar ainda mais a resposta das RNA fica em aberto. Apesar dos vários testes realizados às redes, de forma a obter as arquitecturas que apresentassem melhores resultados, as arquitecturas possíveis são virtualmente ilimitadas e pode ser uma área a aprofundar. As funcionalidades implementadas no programa foram as possíveis, dentro da moldura temporal referida, mas existem muitas funcionalidades a serem adicinadas ou expandidas, aumentando a funcionalidade do programa e a sua produtividade. Uma vez que esta é uma ferramenta que pode ser aplicada ao nível de gestão de redes rodoviárias, seria necessário estudar e desenvolver redes similares de forma a avaliar outros tipos de estruturas de pavimentos. Como conclusão final, apesar dos vários aspectos que podem, e devem ser melhorados, o programa desenvolvido provou ser uma ferramenta bastante útil e eficiente na avaliação estrutural de pavimentos com base em métodos de ensaio não destrutivos.

Estudo da solubilidade de diferentes corantes têxteis em dióxido de carbono supercrítico

Utilizando um método de medida dinâmico, determinou-se experimentalmente a solubilidade de corantes têxteis em CO2 supercrítico, para pressões entre 120 bar (12MPa) a 400 bar (40 MPa) e temperaturas de 60°C (333.2K) a 120°C (393.2K). O equipamento utilizado consiste em 3 secções distintas: zona de compressão, zona de equilíbrio e zona de expansão. Dos resultados obtidos para as isotérmicas, verificou-se que a solubilidade aumenta com o incremento da pressão. Em relação à influência da temperatura, constatou-se que as pressões mais baixas os corantes apresentam uma diminuição na solubilidade em CO2 supercrítico com o incremento da temperatura, no entanto, a partir de uma determinada pressão (cerca de 225bar), quanto maior a temperatura de estudo, maior a solubilidade dos compostos. Obtiveram-se valores de solubilidade na ordem dos 2,9x10-6 a 2,9x10-4 para o Quinizarina com uma reprodutibilidade média de ±3,3%, de 1,4x10-6 a 3,2x10-4 para o Red 9 com uma reprodutibilidade média de ±2,5% de 7,8x10-8 a 2,2x10-5 para o Blue 14 com uma reprodutibilidade média de ±3,0% e finalmente de 6,63x10-8 a 4,9x10-7 para o Blue 1, com uma reprodutibilidade média de ±4,5%. A comparação com os resultados experimentais da bibliografia permitiu verificar a actual discrepância de valores existentes para estes corantes e a importância de novos resultados e mais rigorosos, com o objectivo de analisar os métodos de determinação de solubilidade em fluidos supercríticos. Após a análise dos resultados obtidos, foi efectuada a modelação dos mesmos recorrendo a modelos semi-empíricos, verificando-se que o modelo mais adequado ao corante Quinizarina é o modelo de Bartle et al, para o qual se obteve um desvio relativo médio percentual (AARD) de 2,94%. Relativamente ao corante Red 9 e Blue 14, o modelo que melhor define o comportamento de Chrastil, obtendo-se um AARD de 0,870% e o 1,47% respectivamente, enquanto que para o Blue 1 é o modelo de Kummar e Jonhson, com um AARD de 0,218%. Além da modelação efectuada, foram ainda determinados os valores de entalpias de vaporização e solvatação para os diferentes compostos.

Síntese e caracterização de complexos de rénio com ligandos piridínicos e O,N,O'doadores

Nesta dissertação descreve-se a síntese e caracterização de complexos de rénio contendo ligandos azotados derivados da piridina e ligandos O, N, O’ - doadores. No capítulo 1 indicam-se algumas propriedades dos ligandos piridínicos e O, N, O’ - doadores bem como um estudo de revisão bibliográfica sobre a química dos complexos de rénio utilizados como compostos de partida. No capítulo 2 descreve-se a síntese e caracterização dos complexos de rénio [ReOCl2(4,4’-bipy)2(PPh3)][BPh4] 1, [ReCl2{η2-N,O-N2C(O)Ph}(4,4’-bipy)(PPh3)] 2, [ReOCl3(Ph-terpy)] 3, [ReCl2{N2C(O)Ph}(Ph-terpy)][BPh4]2 4, [ReO3(Ph-terpy)][ReO4] 5 [ReOCl{C6H5N(OC2H4)2}(PPh3)] 6 e [ReCl2{N2C(O)Ph}{OCH2CH2)N(CH2CH2OH)(CH2COO)}] 7 obtidos por reacção dos complexos [ReCl2{ŋ2 -N, O-N2C(O)Ph}(PPh3)2, [ReOCl3(PPh3] e [Re2O7] com 4,4’-bipridina (1,2), fenil-ter-piridina (3-5), N-fenildietanolamina (6) e N,N-bis(2-hidroxietil-glicina) (7). A caracterização destes complexos foi efectuada através das técnicas usuais de análise elementar, e de espectroscopia de I.V. e R.M.N. (1H, 31P-{1H}, 13C-{1H} e 13C). Foi realizado um estudo preliminar sobre o comportamento electroquímico de alguns complexos sintetizados por voltametria cíclica e electrólise a potencial controlado permitindo avaliar o carácter permitindo doador/aceitador dos diferentes ligandos. No capítulo 3 indicam-se os detalhes experimentais referentes à síntese e caracterização dos complexos (1-7), bem como outras tentativas de síntese.

Complexos de rénio com ligandos solúveis em água: aplicação em catálise

O objectivo deste trabalho consistiu na síntese de novos complexos de rénio com ligandos solúveis em água. Para tal, utilizaram-se os materiais de partida [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PPh3)2] e Re2O7 e os compostos solúveis em água ( e relacionáveis) 1, 3, 5-triazo-fosfaadamantano (PTA), iodeto de 1-metil-1, 3, 5 -triazo-7-fosfaadamantano ([Me-PTA]I), hexametilenotetraamina (HMT), hidrotris(1-pirazolil)metano (Tpm), hidrotris(3, 5-dimetil-1-pirazolil)metano (TpmMe) e tris(1-pirazolil)metanossulfonato de lítio (LiTpms). Como resulrado, conseguiu-se sintetizar o complexo de rénio [ReCl2{η1-N-N2C(O)Ph}(PTA)3] contendo moléculas de PTA coordenadas de modos diferentes, ou seja, coordenam-se duas moléculas pelo átomo de azoto e uma pelo átomo de fósforo. Este aparente ser o primeiro complexo de rénio a apresentar este tipo de coordenação. Para além deste complexo, conseguiram-se sintetizar também vários complexos derivados de Re2O7, incorporando os ligandos acima mencionados, em diferentes combinações. Todos os complexos foram caracterizados por Espectroscopias de Radiação Infravermelha e de Ressonância Magnética Nuclear, por Análise Elementar, Voltametria Cíclica e Electrólise a Potencial Controlado. Estudou-se a actividade catalítica de todos os complexos sintetizados na oxidação peroxidativa do ciclo-hexano a ciclo-hexanol e ciclo-hexanona, em condições suaves. Os resultados obtidos são promissores, na medida em que os complexos aparentam ser bastante selectivos relativamente à obtenção de ciclo-hexanona.

Estudo de digestão anaeróbia de resíduos sólidos agro-alimentares em instalação piloto

Hoje em dia são várias as energias “verdes” que beneficiam de forma inequívoca o meio ambiente, de modo a aproveitar recursos naturais disponíveis na natureza. Entre todos os tipos de energias limpas, surge a produção de biogás. É de notar que apesar de ser uma forma de energia já utilizada há muitos anos, esta pode ser melhorada através de uma gestão adequada de todos os recursos envolvidos na sua produção. Consegue-se desta forma, optimizar a produção de biogás, contribuindo para uma rentabilização do funcionamento de uma instalação. Para esta optimização é necessária uma análise e caracterização detalhada dos resíduos utilizados na geração desta energia. O presente trabalho foca-se no estudo da produção de biogás através de digestão anaeróbica. Este trabalho baseia-se num estudo real de produção de biogás, num reactor à escala semi-industrial, e com uma temperatura de trabalho em regime mesofílico (37°C). O substrato utilizado para a alimentação deste reactor foi cedido por uma conhecida indústria do ramo alimentar e consistia numa mistura de “casca” de batatas e lamas, numa proporção de 30% e 30% respectivamente. Em termos de resultados Óbidos neste projecto, verificou-se uma redução de cerca de 40% dos sólidos totais, o que indicia, aparentemente, a existência de dificuldades na hidrólise dos compostos em suspensão. A remoção orgânica na sua globalidade oscilou numa ampla gama de valores, com um valor médio de cerca 50%. A larga variedade de resultados pode estar relacionada com a heterogeneidade da amostra da alimentação. Apesar da existência de algumas dificuldades inerentes à realização do trabalho prático, concluiu-se que o substrato utilizado neste estudo revela grande potencial de produção de biogás.

Reutilização de catalisador exausto da indústria petroquímica em materiais à base de cimento

A produção de cimento é um processo que envolve um impacto ambiental significativo, uma vez que necessita de apreciáveis quantidades de recursos naturais não-renováveis e energia, além de contribuir para a emissão de poluentes, particularmente CO2 para a atmosfera. A presente dissertação pretende contribuir para o desenvolvimento de novos materiais à base de cimento, com menor impacto ambiental, substituindo parcialmente o cimento corrente por dois resíduos industriais diferentes: um oriundo da indústria petrolífera, concretamente um catalisador exausto da unidade de “cracking” catalítico (FCC) e o outro da indústria da transformação de pedra natural. Neste sentido, estudaram-se diferentes misturas de cimento com incorporação de catalisador exausto de FCC e de resíduo de pedra natural calcária, bem como, com a incorporação simultânea de ambos os resíduos, para avaliar se os cimentos compostos, a que dão origem, correspondem aos requisitos mecânicos e físicos, aos quais os cimentos e seus constituintes devem respeitar, para serem certificados pela norma NP EN 197-a [1]. A campanha experimental teve como objecto de estudo 21 formulações de cimentos sem e com incorporação de resíduo(s) com as quais se estudou: no estado fresco - os tempos presa, a trabalhadibilidade, a massa volúmica e o teor em ar; no estado endurecido - a velocidade de propagação de ondas ultra-sónicas, a resistência mecânica e a absorção de água por capilaridade. Apesar de ambos os resíduos acelerarem o início de presa, todas as pastas formuladas satisfazem o requisito físico preconizado pela norma NP EN 197-1 [1]. A utilização de catalisador “carking” catalítico em leito fluidizado (FCC) conduz á diminuição da fluidez da argamassa e proporciona o incremento da resistência mecânica. As misturas com incorporação de 15% de resíduo - tanto de FCC como pedra natural - cumprem os requisitos mecânicos, conforme o requerido pela norma NP EN 197-1 [1]. Também as misturas com incorporação de ambos os resíduos satisfazem este requisito, para teores de substituição de cimento de 20%. A velocidade de propagação de ondas ultra-sónicas é correlacionável com a resistência mecânica das argamassas produzidas. A utilização destes resíduos na qualidade de substitutos parciais do cimento demonstrou-se viável podendo traduzir-se na produção de cimentos com propriedades melhoradas.

Revstimentos cerâmicos aderentes de paredes

O objetivo geral desta dissertação consistiu num levantamento exaustivo do tipo e caraterísticas de ladrilhos cerâmicos, utilizados no revestimento de paredes, existentes no nosso mercado. Os ladrilhos cerâmicos continuam a ser o revestimento mais utilizado na construção de edifícios em Portugal, visto que, há grande tradição na utilização de ladrilhos colados como revestimento de fachadas, e cada vez mais como revestimento de pavimentos, sistemas que tem uma elevada durabilidade quando corretamente concebidos e aplicados. Nesse sentido, e para melhor conhecer o seu comportamento faz-se uma caraterização dos revestimentos cerâmicos em fachadas de edifícios, descreve-se em seguida o conteúdo do projeto de revestimentos cerâmicos aderentes, as suas especificações e as condições técnicas exigíveis na sua aplicação. Os sistemas de revestimento cerâmico aderentes ao suporte são compostos basicamente pelos ladrilhos cerâmicos, pelo produto de colagem e pelo produto de preenchimento das juntas entre ladrilhos. Estes materiais estão sujeitos a variações de temperatura e humidade, à radiação solar e à chuva, especialmente quando aplicados em fachadas. A resposta dos materiais a esses agentes de degradação é denunciada pelo decréscimo do desempenho de algumas das suas caraterísticas fundamentais. Para complementar esta dissertação foram realizados, em laboratório, ensaios de absorção de água de várias amostras de ladrilhos comercializados em Portugal.

Molecular imaging agents for detection of β-amyloid plaques in Alzheimer’s disease

The formation of amyloid structures is a neuropathological feature that characterizes several neurodegenerative disorders, such as Alzheimer´s and Parkinson´s disease. Up to now, the definitive diagnosis of these diseases can only be accomplished by immunostaining of post mortem brain tissues with dyes such Thioflavin T and congo red. Aiming at early in vivo diagnosis of Alzheimer´s disease (AD), several amyloid-avid radioprobes have been developed for b-amyloid imaging by positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT). The aim of this paper is to present a perspective of the available amyloid imaging agents, special those that have been selected for clinical trials and are at the different stages of the US Food and Drugs Administration (FDA) approval.

Novos receptores moleculares baseados em calix[4]arenos: aplicação à química sensorial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

NZEB e os novos revestimentos

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Síntese e caracterização de redes metalo-orgânicas de fármacos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Comparação da fixação em formalina e em fixador molecular e sua influência em técnicas histoquímicas em tecido hepático

A Formalina 10% Tamponada (FNT 10%) é considerada o fixador de eleição nos Laboratórios de Anatomia Patológica. Contudo, a exposição a esta substância acarreta riscos para a saúde dos técnicos. A International Agency for Research on Cancer (IARC) classificou-a como cancerígeno humano e estudos relevam uma correlação positiva entre a exposição a formaldeído e o desenvolvimento de leucemia e leucemia mielóide. Torna-se relevante alterar o processo de fixação substituindo a FNT 10% por outros fixadores melhorando estas questões. Como tal, desenvolveram-se fixadores à base de outros compostos químicos que não formaldeído, como o Fixador Molecular Universal (UMFIX) que tem como base metanol e polietilenoglicol e que é usualmente utilizado com um processador rápido de micro-ondas. Pretende-se comparar as diferenças entre a fixação por FNT 10% e a fixação por UMFIX, em tecido hepático processado em processador rápido de micro-ondas, para as colorações de Hematoxilina-Eosina (H&E), Tricrómio de Gomori, Reticulina e PAS, através da qualidade final das lâminas testadas. A coloração de H&E foi a única que apresentou diferenças estatisticamente significativas entre os dois fixadores (p=0,032; α<0,05; Mann-Whitney). O UMFIX apresenta-se como um substituto da FNT 10% para o processamento rápido em micro-ondas, pois além de apresentar lâminas com uma qualidade final semelhante ou superior às da FNT 10%, ultrapassa os riscos referidos.

Preparação e análise estrutural de complexos de samário

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica - Ramo de Bioprocessos

Extração e caracterização de extratos de Jatropha gossypiifolia L.: avaliação da sua atividade antimicrobiana e antioxidante

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Química e Biológica

Biodegradação enzimática de aminas aromáticas tóxicas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica