Archaeometallurgical study of pre and protohistoric production remains and artefacts from Southern Portugal

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Conservação e Restauro, especialidade Ciências da Conservação

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Avaliação do comportamento de uma ponte metálica centenária sujeita à ação de tráfego ferroviário ligeiro

A presente dissertação tem como objetivo principal a análise numérica do comportamento dinâmico de uma ponte ferroviária, sob ação de tráfego ligeiro ferroviário. Neste contexto são apresentados alguns fundamentos teóricos a ter em conta nestes domínios, visando uma melhor compreensão dos fenómenos existentes no comportamento dinâmico de pontes ferroviárias quando sujeitas ao tráfego. O caso de estudo teve como foco a ponte Luiz I, uma ponte metálica situada sobre o rio Douro, que liga as cidades do Porto e Vila Nova de Gaia, sob ação de tráfego ligeiro ferroviário no seu tabuleiro superior para a condição anterior aos trabalhos de reabilitação e reforço realizados entre 2004 e 2005. Para o efeito foi desenvolvido um modelo numérico de elementos finitos da ponte realizado com recurso ao programa ANSYS, assim como um modelo numérico do veículo do Metro de Lisboa. Com base nestes modelos foram obtidos os parâmetros modais, nomeadamente as frequências naturais e os modos de vibração de toda a estrutura e do veículo. O estudo do comportamento dinâmico da ponte foi realizado por intermédio de uma metodologia de cargas móveis e de interação veículo-estrutura, através da ferramenta computacional Train-Bridge Interaction (TBI). As análises dinâmicas foram efetuadas para a passagem dos veículos de passageiros das redes de Metros do Porto e Lisboa. Nestas análises é estudada a resposta da estrutura em função da variabilidade ao nível da secção transversal, dependência do tramo, influência do veículo, da sua velocidade de circulação e impacto das frequências de vibração estimadas pelo modelo numérico.

Sistemas Modulares de Escoramento para Estruturas de Contenção Enterradas

No presente trabalho apresentam-se estudos desenvolvidos com o objetivo de análise, conceção e dimensionamento de sistemas de escoramentos metálicos modulares e reaproveitáveis a usar como alternativa técnica e económica em estruturas de contenção periférica. O sistema concebido aplicouse a um caso concreto de uma escavação urbana executada no centro de Luanda, Angola. O projeto começou a ser estudado tendo em conta os estudos geológicos e geotécnicos do terreno em causa, e posteriormente foi estudada a solução construtiva elaborada. Feito o estudo sobre a obra que se realizou com uma parede moldada e ancoragens pré-esforçadas, foi possível, a partir dai, elaborar estudos com outro tipo de sistemas de apoio. Assim, realizaram-se estudos para sistemas de apoio com escoramento linear; colunas metálicas e por uma treliça. Posteriormente, de forma a completar, complementar e poder comparar toda a pesquisa, foram efetuados mais quatro estudos, sendo os sistemas de apoio constituídos por colunas metálicas e/ou tubos circulares ou retangulares em forma elíptica no terreno do projeto e num terreno em forma de quadrado perfeito. Através dos vários estudos foi possível comparar os resultados e perceber qual será a melhor forma de otimização para futuras obras. Foi gerado um método de escoramento, que é possível ser utilizado tendo em conta as particularidades de cada obra, constituído por perfis metálicos com dimensões standard formando elipses ou círculos, conforme a forma do terreno. De maneira a finalizar este projeto foram estudados vários tipos de ligações, quer entre perfis, quer para os perfis e a parede, como também os perfis e os apoios verticais, caso sejam necessários. Como conclusão, e de forma expedita foi analisado o custo direto que apenas abrange a quantidade de aço utilizada para cada tipo de apoio dimensionado, comparando a escavação do projeto em causa com a escavação quadrada.

Estudo de problemas de corrosão em cabos de aço zincado

As cablagens metálicas são aplicadas abundantemente na montagem dos automóveis, para accionamento de diversos dispositivos, tais como a abertura de portas, abertura da mala ou da tampa do motor, abertura do tampão do depósito de combustível, accionamento do travão de mão, etc. Nas cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel é comummente utilizado arame entrançado de aço zincado, o qual foi já estudado resistir à agressividade das condições em que habitualmente trabalham. No entanto, para que esta estabilidade de funcionamento exista, torna-se necessário que a qualidade do arame entrançado seja a mais adequada. O presente trabalho surgiu da necessidade de averiguar quais as razões que estariam por detrás do aparecimento de quantidades relativamente abundantes de Óxido de Zinco (ZnO) em cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel, poucas semanas depois do seu fabrico. O estudo foi levado a cabo com vista a satisfazer as necessidades de investigação deste problema por parte de uma empresa de cablagens metálicas instalada no nosso país, a FicoCables, estabelecendo quais as causas-raiz deste problema, com vista a poder evitálo no futuro. O trabalho foi concluído com sucesso, tendo-se averiguado que existiam lacunas graves de limpeza do cabo entre as operações de conformação do arame e de zincagem, com deposição de elementos potenciadores do Óxido de Zinco na interface, os quais viriam a revelar-se cruciais à posteriori, para a nucleação e desenvolvimento do Óxido de Zinco na superfície do cabo.

Caraterização das propriedades macânicas e de fratura de um adesivo estrutural de alta ductilidade

As juntas adesivas são uma alternativa viável para substituir ligações comuns como as mecânicas ou soldadas, devido a diversas vantagens como a possibilidade de união de materiais de natureza diferente, maior leveza, menores custos inerentes ao fabrico e ainda prevenção da corrosão galvânica que pode ocorrer nas ligações entre dois materiais metálicos diferentes. A resistência de uma junta depende, para um determinado tipo de solicitação imposta, da distribuição de tensões no interior da junta. Por outro lado, a geometria das juntas, as propriedades mecânicas dos adesivos e os componentes a ligar vão influenciar a distribuição de tensões. O carregamento nas camadas adesivas de uma junta poderá induzir tensões de tração, compressão, corte, arrancamento ou clivagem, ou ainda uma combinação de duas ou mais destas componentes. O objetivo da presente dissertação é a caraterização completa de um adesivo estrutural de alta ductilidade recentemente lançado no mercado (SikaPower® -4720), para facilitar o projeto e otimização de juntas adesivas ligadas com o mesmo. São quatro os ensaios a realizar: ensaios à tração de provetes maciços (também denominados de bulk), ensaios ao corte com a geometria Thick Adherend Shear Test, ensaios Double-Cantilever Beam e ainda ensaios End-Notched Flexure. Com a realização dos ensaios referidos, são determinadas as propriedades essenciais à caraterização mecânica e de fratura do adesivo. Os resultados obtidos para cada ensaio resultaram em propriedades medidas com elevada repetibilidade, da mesma maneira que se revelaram de acordo com os dados disponibilizados pelo fabricante, sempre que estes estavam disponíveis.

Friction surfacing of aluminium alloys

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Endoscopic Treatment of Early Gastric Obstruction After Sleeve Gastrectomy: Report of Two Cases

Morbid obesity is an epidemic and complex disease which imposes a multidisciplinary approach. Laparoscopic sleeve gastrectomy has become a frequent procedure given its effi- cacy and safety compared to other surgical options. However, it isn’t free from complications. Lax gastric fixation or incorrect positioning of the stomach during surgery can result in early gastric outlet obstruction caused by a volvulus-like mechanism by rotation of the stomach around its anatomic axes. This report refers to two cases of post sleeve gastric torsion resulting in persisting vomiting after initiating oral intake. The diagnosis was confirmed by upper gastrointestinal-contrast study and gastroscopy. In both cases, a fully covered self-expandable metallic stentwas insertedwhich prompted the gastric lumen to become permeable resulting in symptomatic resolution. The stents were removed endoscopically aftertwo and three months. Beyond more than three years offollow-up,the patients remain asymptomatic and no recurring ‘‘stenosis’’ was noticed.In these cases the use offully covered self-expandable metallic stents demonstrated to be effective and safe in the treatment of post sleeve gastric torsion.

Insights into Campylobacter jejuni Desulforubrerythrin catalytic mechanism

Dissertation presented to obtain the Master Degree in Molecular Genetics and Biomedicine

Atomic force microscopy assisted with electron and ion beam microscopy for the direct measurement of biostructures and DNA samples

Dissertation to obtain a Master degree in Biotechnology

Characterization of processed materials by electrical currents: development of equipment and applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Archaeometallurgical study of the Proto-historic collection of Moinhos de Golas (North Portugal): a forecast for technological changes?

This work presents the archaeometallurgical study of a group of metallic artefacts found in Moinhos de Golas site, Vila Real (North of Portugal), that can generically be attributed to Proto-history (1st millennium BC, Late Bronze Age and Iron Age). The collection is composed by 35 objects: weapons, ornaments and tools, and others of difficult classification, as rings, bars and one small thin bent sheet. Some of the objects can typologically be attributed to Late Bronze Age, others are of more difficult specific attribution. The archaeometallurgical study involved x-ray digital radiography, elemental analysis by micro-energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy, microstructural observations by optical microscopy and scanning electron microscopy. The radiographic images revealed structural heterogeneities frequently related with the degradation of some artefacts and the elemental analysis showed that the majority of the artefacts was produced in a binary bronze alloy (Cu-Sn) (73%), being others produced in copper (15%) and three artefacts in brass (Cu-Zn(-Sn-Pb)). Among each type of alloy there’s certain variability in the composition and in the type of inclusions. The microstructural observations revealed that the majority of the artefacts suffered cycles of thermo-mechanical processing after casting. The diversity of metals/alloys identified was a discovery of great interest, specifically due to the presence of brasses. Their presence can be interpreted as importations related to the circulation of exogenous products during the Proto-history and/or to the deposition of materials during different moments at the site, from the transition of Late Bronze Age/Early Iron Age (Orientalizing period) onwards, as during the Roman period.

The early metallurgy in Southwestern Iberia: metals from the Chalcolithic Settlement of São Pedro (Redondo)

Archaeological excavations carried out in the archaeological site of São Pedro (Southern Portugal) revealed a Chalcolithic settlement occupied in different moments of the 3rd millennium BC. The material culture recovered includes different types of materials, such as ceramics, lithics and metals. The later comprises about 30 artefacts with different typologies such as tools (e.g. awls, chisels and a saw) and weapons (e.g. daggers and arrowheads) mostly belonging to the 2nd and 3rd quarter of the 3rd millennium BC. In the present work the collection of chalcolithic metallic artefacts recovered in São Pedro was characterized. Analytical studies involved micro energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (micro-EDXRF) to determine elemental composition, together with optical microscopy and Vickers microhardness testing for microstructural characterisation and hardness determination. Main results show copper with variable amounts of arsenic and very low content of other impurities, such as iron. Moreover, nearly half of the collection is composed by arsenical copper alloys (As > 2 wt.%) and an association was found between arsenic content and typology since the weapons group (mostly daggers) present higher values than tools (mostly awls). These results suggest some criteria in the selection of arsenic-rich copper ores or smelting products. Furthermore, after casting an artefact would have been hammered, annealed and sometimes, finished with a hammering operation. Additionally, microstructural variations in this collection reveal somewhat different operational conditions during casting, annealing and forging, as expected in such a primitive metallurgy. Moreover the operational sequence seems to be used to achieve the required shape to the object, rather than to intentionally make the alloy harder. Overall, this study suggests that Chalcolithic metallurgists might have a poor control of the addition of arsenic and/or were unable to use this element to increase the hardness of tools and weapons. Finally, the compositions, manufacturing processes and hardness were compared to those from neighbouring regions and different chronological periods.

Assessment of a novel Cu (II) complex as a potential anticancer agent

Widely used in cancer treatment, chemotherapy still faces hindering challenges, ranging from severe induced toxicity to drug resistance acquisition. As means to overcome these setbacks, newly synthetized compounds have recently come into play with the basis of improved pharmacokinetic/pharmacodynamic properties. With this mind-set, this project aimed towards the antiproliferative potential characterization of a group of metallic compounds. Additionally the incorporation of the compounds within a nanoformulation and within new combination strategies with commercial chemotherapeutic drugs was also envisaged. Cell viability assays presented copper (II) compound (K4) as the most promising, presenting an IC50 of 6.10 μM and 19.09 μM for HCT116 and A549 cell line respectively. Exposure in fibroblasts revealed a 9.18 μM IC50. Hoechst staining assays further revealed the compound’s predisposition to induce chromatin condensation and nuclear fragmentation in HCT116 upon exposure to K4 which was later demonstrated by flow cytometry and annexin V-FITC/propidium iodide double staining analysis (under 50 % cell death induction). The compound further revealed the ability to interact with major macromolecules such as DNA (Kb = 2.17x105 M-1), inducing structural brakes and retardation, and further affecting cell cycle progression revealing delay in S-phase. Moreover BSA interactions were also visible however not conclusive. Proteome profiling revealed overexpression of proteins involved in metabolic activity and underexpression of proteins involved in apoptosis thus corroborating Hoechst and apoptosis flow cytometry data. K4 nanoformulation suffered from several hindrances and was ill succeeded in part due to K4’s poor solubility in aqueous buffers. Other approaches were considered in this regard. Combined chemotherapy assays revealed high cytotoxicity for afatinib and lapatinib strategies. Lapatinib and K4 proteome profiling further revealed high apoptosis rates, high metabolic activity and activation of redundant proteins as part of compensatory mechanisms.

As Necrópoles alto-medievais do concelho de Cascais : séculos VI e VII

A presente dissertação teve como finalidade estudar os testemunhos arqueológicos respeitantes às práticas funerárias levadas a cabo no atual concelho de Cascais durante os séculos VI e VII. As necrópoles em estudo são sítios bem conhecidos pelos investigadores, uma vez que a descoberta de algumas é precoce, datando de finais do século XIX. Com este trabalho, pretendeu-se introduzir uma série de componentes que a investigação privilegia atualmente, sobretudo no que respeita às vivências nos espaços rurais entre o fim do Império Romano e o domínio muçulmano na Península Ibérica. A investigação desenvolvida baseou-se no estudo preliminar das coleções osteológicas de quatro das cinco necrópoles, bem como na prospeção e no levantamento arqueológicos. O inventário antropológico teve como objetivo apurar o número mínimo de indivíduos por necrópole e por sepultura e fazer uma caracterização básica do sexo e da idade dos inumados. A prospeção assentou na análise das fontes bibliográficas sobre os sítios. Os trabalhos de campo desenvolveram-se no sentido de apurar o estado de conservação dos vestígios, na eventual identificação de outros novos e no consequente levantamento gráfico e fotográfico dos mesmos. Foi igualmente examinado o espólio cerâmico e metálico recolhido aquando da escavação das necrópoles, de modo obter uma visão abrangente sobre os rituais funerários e a estabelecer cronologias mais precisas. Embora se trate de um estudo limitado devido à inexistência de um registo mais rigoroso dos vestígios, foi possível tirar algumas conclusões e constatar alguns padrões. Os resultados possibilitaram apontar um conjunto de condições que se repetem nos locais onde estes cemitérios se implantam, percebendo dinâmicas em relação a fatores de caráter natural e de carácter antrópico. Também se apurou que existiriam diferentes formas de organizar os espaços funerários e que estes seriam constituídos por sepulturas muito diversas do ponto de vista construtivo. Além disso, começa-se a desvelar as razões para a reutilização de sepulturas para vários enterramentos e a entender a forma como as comunidades rurais conduziam os rituais funerários, ainda muito enraizados numa antiga matriz pagã.