An optical flow-based sensing system for reactive mobile robot navigation

This work discusses the use of optical flow to generate the sensorial information a mobile robot needs to react to the presence of obstacles when navigating in a non-structured environment. A sensing system based on optical flow and time-to-collision calculation is here proposed and experimented, which accomplishes two important paradigms. The first one is that all computations are performed onboard the robot, in spite of the limited computational capability available. The second one is that the algorithms for optical flow and time-to-collision calculations are fast enough to give the mobile robot the capability of reacting to any environmental change in real-time. Results of real experiments in which the sensing system here proposed is used as the only source of sensorial data to guide a mobile robot to avoid obstacles while wandering around are presented, and the analysis of such results allows validating the proposed sensing system.

Ensino primário e matemática dos imigrantes e descendentes germânicos em Santa Leopoldina (1857-1907)

O objetivo da pesquisa é descrever o cenário da imigração germânica no século XIX, tratando também, de trilhar o caminho da educação por meio de educadores e das comunidades na Colônia de Santa Leopoldina, criada em 1857, na Província do Espírito Santo, considerando 50 anos a partir do início da imigração (1857-1907). A pesquisa histórica ancorou-se em consultas a documentos oficiais do Império, documentos e relatórios oficiais dos Presidentes da Província do Espírito Santo, jornais de circulação da época, fotografias, mapas geográficos, mapas estatísticos, livros didáticos antigos e livros de autores que abordaram o processo imigratório do Espírito Santo. O diálogo com Marc Bloch ajudou a entender essa multiplicidade de documentos, na complexa relação entre o passado e o presente da educação do Espírito Santo. O trabalho apresenta uma trajetória do imigrante germânico vindo da Europa até a ex-colônia e como a administração da província tratou a imigração e a educação. O ensino primário iniciou-se a partir de iniciativas públicas e particulares. Foram identificados as primeiras escolas e os nomes de muitos professores que atuaram no período estudado. Os livros utilizados nas escolas das comunidades teuto-brasileiras eram oriundos da Alemanha e posteriormente foram produzidos no sul do Brasil. Entre os livros escritos em alemão encontrados destacam-se o livro texto de alfabetização „Lese – Schule I für Deutsche Kinder in Brasilien‟, editado na Alemanha no final do século XIX, de autoria do diretor de uma escola particular em Santa Leopoldina, Albert Richard Dietze, e o primeiro volume do livro de matemática „Rechenbuch für Deutsch-Brasilianische Volksschulen‟, de Ferdinand Hackbart, Konrad Glaus e Hermann Lange. Foi feita uma análise sob os aspectos físicos e formais, o processo de ensino e os conteúdos do livro de matemática. A análise evidenciou que a proposta de ensino apoia-se no “cálculo mental” e o escrito, com a repetição dos conteúdos, envolvendo o treino intensivo. Os conceitos de matemática são apresentados partindo de problemas com situações concretas do aluno para a aquisição de competências necessárias para inserir o aluno em sua comunidade. Levando-se em conta que o livro foi editado em 1906, conclui-se que se trata de uma obra relevante com uma proposta de ensino que se manteve presente nos livros didáticos de matemática até os dias atuais.

Estratégias de cálculo mental de alunos da 5ª série/6º ano do ensino fundamental

Esta pesquisa de mestrado teve como principal objetivo investigar estratégias de cálculo mental, utilizadas por alunos de uma 5ª série/6º ano do ensino fundamental ao resolver cálculos de adição e subtração. Para atingir este objetivo procuramos responder aos questionamentos: Quais estratégias de cálculo mental, alunos da 5ª série/6º ano empregam na resolução de cálculos de adição e subtração? Que relações existem entre o tipo de cálculo envolvido e a estratégia adotada para resolvê-lo? Para respondermos a essas questões, seguimos uma metodologia de natureza qualitativa, configurada como estudo de caso do tipo etnográfico. O trabalho de campo foi desenvolvido em uma turma de 5ª série/6º ano do ensino fundamental de uma escola pública da rede estadual de ensino do município de Serra. A pesquisa aconteceu de maio a dezembro de 2013. Oito alunos resolveram uma atividade diagnóstica composta de quatro sequências de cálculos mentais, a saber, fatos fundamentais do número 5, do número 10, do número 20 e do número 100, dentre adições e subtrações próximas a esses resultados. Todos alunos participaram da etapa de entrevistas. Dos oito alunos, foram escolhidos dados de três que participaram de outras etapas da pesquisa. Os registros realizados pelos alunos na etapa de observação da turma, na etapa diagnóstica e na etapa de intervenção didática, as anotações no caderno de campo e algumas gravações em áudio serviram como fontes de coleta de dados. Utilizamos as estratégias identificadas por Beishuizen (1997), Klein e Beishuizen (1998), Thompson (1999, 2000) e Lucangeli et al. (2003), como categorias de análise. Através da análise de dados, constatamos que as escolhas das estratégias de cálculo mental pelos alunos variaram de acordo com o tipo de sequência de cálculos, a operação aritmética (adição ou subtração) e o estado emocional deles durante a atividade. Foi possível identificar o uso de duas estratégias combinadas, o algoritmo mental e estratégias de contagens nos dedos para grande parte dos cálculos. O uso do algoritmo mental mostrou-se um procedimento de grande sobrecarga mental e, em alguns cálculos de adição sem reserva, serviu apenas como apoio à visualização numérica, sendo executado pelo aluno da esquerda para a direita, semelhantemente à estratégia de decomposição numérica. Os dados deste estudo apontam para: (i) a necessidade de se trabalhar fatos numéricos fundamentais de adição e subtração via cálculo mental de maneira sistemática em sala de aula; (ii) a necessidade de se ensinar estratégias autênticas de cálculo mental para que os alunos não se tornem dependentes de estratégias como contagens e algoritmo mental, que são mais difíceis de serem executadas com êxito; (iii) a importância de entrevistar, individualmente, os alunos a fim de compreender e avaliar o desenvolvimento destes em tarefas de cálculo mental.

Comparação de desempenho entre a formulação direta do Método dos Elementos de Contorno com Funções Radiais e o Método dos Elementos Finitos em problemas de Poisson e Helmholtz

O presente trabalho objetiva avaliar o desempenho do MECID (Método dos Elementos de Contorno com Interpolação Direta) para resolver o termo integral referente à inércia na Equação de Helmholtz e, deste modo, permitir a modelagem do Problema de Autovalor assim como calcular as frequências naturais, comparando-o com os resultados obtidos pelo MEF (Método dos Elementos Finitos), gerado pela Formulação Clássica de Galerkin. Em primeira instância, serão abordados alguns problemas governados pela equação de Poisson, possibilitando iniciar a comparação de desempenho entre os métodos numéricos aqui abordados. Os problemas resolvidos se aplicam em diferentes e importantes áreas da engenharia, como na transmissão de calor, no eletromagnetismo e em problemas elásticos particulares. Em termos numéricos, sabe-se das dificuldades existentes na aproximação precisa de distribuições mais complexas de cargas, fontes ou sorvedouros no interior do domínio para qualquer técnica de contorno. No entanto, este trabalho mostra que, apesar de tais dificuldades, o desempenho do Método dos Elementos de Contorno é superior, tanto no cálculo da variável básica, quanto na sua derivada. Para tanto, são resolvidos problemas bidimensionais referentes a membranas elásticas, esforços em barras devido ao peso próprio e problemas de determinação de frequências naturais em problemas acústicos em domínios fechados, dentre outros apresentados, utilizando malhas com diferentes graus de refinamento, além de elementos lineares com funções de bases radiais para o MECID e funções base de interpolação polinomial de grau (um) para o MEF. São geradas curvas de desempenho através do cálculo do erro médio percentual para cada malha, demonstrando a convergência e a precisão de cada método. Os resultados também são comparados com as soluções analíticas, quando disponíveis, para cada exemplo resolvido neste trabalho.

Abordagens metodológicas para avaliar risco de extinção de espécies de Brachyteles (Primates : Atelidae)

A distribuição geográfica de um táxon é limitada por aspectos ecológicos e históricos. Muitas atividades humanas têm causado modificações na cobertura vegetal, o que leva à fragmentação e perda do habitat. Isso tem levado à extinção local de populações de várias espécies, alterando sua distribuição geográfica. Entre elas estão as duas espécies do gênero Brachyteles (os muriquis), que são primatas endêmicos de um dos biomas mais afetados por esses processos, a Mata Atlântica. A União Internacional para a Conservação da Natureza (UICN) é uma organização que busca conservar a biodiversidade. Entre outros critérios, utiliza o conhecimento sobre as distribuições geográficas restritas das espécies para classificá-las em categorias de ameaça de extinção, nas chamadas listas vermelhas. Para isso, utiliza parâmetros espaciais, cujos resultados indicam o risco de extinção de determinado táxon em relação à sua distribuição geográfica. Muitas vezes os cálculos desses parâmetros são realizados de maneira subjetiva, de maneira que é importante a busca de métodos que tornem as classificações mais objetivas, precisas e replicáveis. Nesse contexto, o presente trabalho testou diferentes métodos de cálculos de três parâmetros relacionados à distribuição geográfica de B. hypoxanthus e B. arachnoides. Tratam-se de espécies ameaçadas de extinção, com localidades de ocorrência bem conhecidas, que foram profundamente afetadas pela degradação da Mata Atlântica. Assim, podem ser consideradas bons modelos para essas análises. Foi construído um banco de dados de localidades de ocorrência atuais das duas espécies. Por meio de abordagens de Sistemas de Informação Geográfica (SIG), foram estimadas a Extensão de Ocorrência (EOO) através de Mínimo Polígono Convexo e α-hull e Área de Ocupação (AOO) e Subpopulações por meio de métodos de grids, buffers circulares e α-hull, em diferentes escalas espaciais. Os resultados dos cálculos desses parâmetros foram comparados para identificar as abordagens e escalas mais adequadas para a avaliação de risco de extinção. Esses resultados indicam que as listas de localidades e os mapas de distribuição disponibilizados pela UICN precisam ser atualizados. Além disso, sugerem que α-hull é uma abordagem vantajosa para EOO e o método de buffers é mais adequado para os parâmetros de AOO e Subpopulações, quando utiliza escalas espaciais menores. Também foi utilizada a ferramenta GeoCAT, para as duas espécies. Essa ferramenta, por realizar análises de EOO e AOO instantâneas e por seus resultados serem semelhantes aos de outras análises, serve como uma abordagem preliminar de risco de extinção baseado no critério de distribuição geográfica.

Determinação do momento crítico de flambagem lateral com distorção em vigas mistas contínuas de aço e concreto com perfis de alma senoidal

As vigas mistas de aço e concreto estão sendo largamente utilizadas em construções de edifícios e pontes. Ao se combinar o aço com o concreto obtêm-se estruturas mais econômicas, uma vez que se tira proveito das melhores características de cada material. Nas regiões de momento negativo de uma viga mista contínua, a mesa inferior e parte da alma estão comprimidas, se a alma do perfil não tiver rigidez suficiente para evitar a flexão lateral, ela distorcerá gerando um deslocamento lateral e um giro na mesa comprimida, caracterizando um modo de flambagem denominado flambagem lateral com distorção (FLD). O procedimento de verificação à FLD da EN 1994-1-1:2004 originou o método de cálculo da ABNT NBR 8800:2008, entretanto a EN 1994-1-1:2004 não fornece expressão para o cálculo do momento crítico elástico, enquanto a ABNT NBR 8800:2008 prescreve uma formulação proposta por Roik, Hanswille e Kina (1990) desenvolvida para vigas mistas com perfis de alma plana. Embora as normas prescrevam um método de verificação à FLD para vigas mistas com perfis de alma plana, poucos estudos têm sido feitos sobre esse estado-limite. Além disso, tanto a ABNT NBR 8800:2008 quanto as normas internacionais não abordam perfis de alma senoidal. Neste trabalho, foram implementadas análises de flambagem elástica, com auxílio do software ANSYS 14.0 (2011), em modelos de elementos finitos que retratem o comportamento à FLD de vigas mistas de aço e concreto com perfis de alma plana e senoidal. Os modelos numéricos foram constituídos pelo perfil de aço, por uma mola rotacional que restringe parcialmente o giro da mesa superior e uma restrição ao deslocamento lateral, ao longo de todo o comprimento da viga. Os resultados numéricos são comparados com os obtidos pelas formulações de Roik, Hanswille e Kina (1990) e de Hanswille (2002), adaptadas para levar em consideração a corrugação da alma do perfil de aço. Para avaliação das formulações supracitadas e da consistência da modelagem numérica adotada, o momento crítico elástico foi determinado para vigas mistas com perfis de aço de alma plana. Como resultado, um método para o cálculo do momento crítico elástico de vigas mistas de alma senoidal é proposto.

Estudo da evolução da paisagem da área do município de Linhares (ES) nos anos de 1985 e de 2013/2014, por meio das métricas

Trata a presente pesquisa sobre o estudo da evolução da área da paisagem que compõe o município de Linhares (ES), nos anos de 1985 e 2013/2014, que constitui o maior município do Estado do Espírito Santo. Foi realizada, por meio de processamento digital de imagens de satélites LANDSAT 5 e 8, a classificação de uso e ocupação da terra da área em estudo. Além disso usou-se as imagens do satélite RapdEye para acurácia da classificação digital das imagens. A partir dos resultados levantados de uso e ocupação foram definidas as matrizes da paisagem para 1985 e 2013/2014, bem como avaliadas as manchas que compõem a matriz. Foram aplicadas as métricas da paisagem utilizando a ferramenta de estatística Fragstats, possibilitando o cálculo dos Índices de Paisagem afim de avaliar a evolução qualitativa e quantitativa da paisagem do município de Linhares.

Dimensionamento à punção em apoios internos de lajes protendidas sem aderência

Esta dissertação trata da punção em lajes protendidas com cordoalhas não aderentes, para pilares internos, calculadas através das normas ABNT NBR 6118:2007, ABNT NBR 6118:2014, EN 1992-1-1:2004 e ACI 318-11. Ao longo do trabalho, são apresentados dimensionamentos à punção através desses códigos a fim de se obter uma análise comparativa dos resultados. Além disso, são expostas três situações de provas de carga não destrutivas para punção, realizadas em lajes reais. Os casos, verificados a partir da comparação entre as quatro normas, servem de base para avaliações sobre o nível de segurança estrutural entre os dimensionamentos. Após as análises teóricas, conclui-se que, no geral, o EC2:2004 e a NBR 6118:2014 são os códigos que geram os resultados menos conservadores no cálculo das armaduras de punção. Já o ACI 318-11 e a NBR 6118:2007 obtêm os resultados mais conservadores para esse dimensionamento. Quando considerados os carregamentos máximos sem utilização de armadura de punção, a norma americana se destaca, obtendo valores comparáveis aos do EC2:2004 e da NBR 6118:2014. A NBR 6118:2007 resulta em dimensionamentos sempre mais conservadores.

Qualifound – a modular tool developed for quality improvement in foundries

Purpose – Castings defects are usually easy to characterize, but to eradicate them can be a difficult task. In many cases, defects are caused by the combined effect of different factors, whose identification is often difficult. Besides, the real non-quality costs are usually unknown, and even neglected. This paper aims to describe the development of a modular tool for quality improvement in foundries, and its main objective is to present the application potential and the foundry process areas that are covered and taken into account. Design/methodology/approach – The integrated model was conceived as an expert system, designated Qualifound, which performs both qualitative and quantitative analyses. For the qualitative analyses mode, the nomenclature and the description of defects are based on the classification suggested by the International Committee of the Foundry Technical Association. Thus, a database of defects was established, enabling one to associate the defects with the relevant process operations and the identification of their possible causes. The quantitative analysis mode deals with the number of produced and rejected castings and includes the calculation of the non-quality costs. Findings – The validation of Qualifound was carried out in a Portuguese foundry, whose quality system had been certified according to the ISO 9000 standards. Qualifound was used in every management area and it was concluded that the application had the required technological requisites to provide the necessary information for the foundry management to improve process quality. Originality/value – The paper presents a successful application of an informatics tool on quality improvement in foundries.

Nitrate leaching through climatologic water balance in a fertigated coffee plantation

Nitrate losses from soil profiles by leaching should preferentially be monitored during high rainfall events and during irrigation when fertilizer nitrogen applications are elevated. Using a climatologic water balance, based on the models of Thornthwaite and Penman Monteith for potential evapotranspiration, drainage soil water fluxes below the root zone were estimated in a fertigated coffee crop. Soil solution extraction at the depth of 1 m allowed the calculation of nitrate leaching. The average nitrate concentration in soil solution for plots that received nitrogen by fertigation at a rate of 400 kg ha-1, was 5.42 mg L-1, surpassing the limit of the Brazilian legislation of 10.0 mg L-1, only during one month. For plots receiving 800 kg ha-1 of nitrogen, the average was 25.01 mg L-1, 2.5 times higher than the above-mentioned limit. This information indicates that nitrogen rates higher than 400 kg ha-1 are potentially polluting the ground water. Yearly nitrate amounts of leaching were 24.2 and 153.0 kg ha-1 for the nitrogen rates of 400 and 800 kg ha-1, respectively. The six times higher loss indicates a cost/benefit problem for coffee fertigations above 400 kg ha-1.

Nutrient accumulation and biomass production of alfafa after soil amendment with silicates

Studies on the use of silicate correctives in agriculture show that they have great potential to improve soil chemical characteristics, however, little information is available on the reactivity rates of their particle-size fractions. This study investigated whether the reactivity rates obtained experimentally could be considered in the calculation of ECC (effective calcium carbonate) for soil liming, promoting adequate development of alfalfa plants. Six treatments were evaluated in the experiment, consisting of two slag types applied in two rates. The experimental ECC was used to calculate one of the rates and the ECC determined in the laboratory was used to calculate the other. Rates of limestone and wollastonite were based on the ECC determined in laboratory. The rates of each soil acidity corretive were calculated to increase the base saturation to 80%. The treatments were applied to a Rhodic Hapludox and an Alfisol Ferrudalfs. The methods for ECC determination established for lime can be applied to steel slag. The application of slag corrected soil acidity with consequent accumulation of Ca, P, and Si in alfalfa, favoring DM production.

Mortality from asthma in the state of S. Paulo, Brazil (1970-1992)

Mortality from asthma has shown important variations over time in several countries. In Brazil, a mortality study performed in the 60s, covering the cities of S.Paulo and Ribeirão Preto, and other ten cities showed that S.Paulo presented the lowest death rate from asthma among of them all. It was decided to study the time trends of deaths from asthma and from the whole set of respiratory diseases from 1970 to 1992, in the population aged 15-34 yrs. old in the State of S.Paulo, as well as to compare them with those of other countries. Asthma mortality rates during the 23 years of observation since 1975, showed an oscillatory declining pattern with a peak of deaths in the initial years. The linearization of the curve allows the calculation of Pearson's correlation coefficient that was significantly negative, suggesting a decline in the mortality over this period, mainly in the 5-9 yrs. old and 30-34 yrs. old strata. The segmentation of data between the period of ICD-9, 1970 to 1978, and of ICD-9, 1979 and subsequent years, shows that there is stability within each period, in all age-groups, except for that of 5-9 yr. olds between 1970-1978. Comparing the rates of the population aged 15-34 yrs. old for the State of S. Paulo, Brazil, with trends observed in 14 other countries, an intermediate pattern for the first triennial period (1970-1972) as well as for the subsequent triennial periods, emerges. A prevalence study of asthma, a follow up program meant for using emergency rooms and a surveillance of deaths due to all respiratory diseases and specifically to asthma are strongly recommended.

Projecto de execução de fundações e estruturas de uma ponte em betão armado pré-esforçado

Este Trabalho refere-se ao Projecto de Execução de Fundações e Estruturas de uma Ponte Rodoviária em betão armado pré-esforçado, realizado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Civil – Especialização em Estruturas, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O Projecto de Execução é composto de Peças Escritas e Peças Desenhadas. Nas Peças Escritas estão incluídos: Memória Justificativa e Descritiva; Cálculos Justificativos e Anexos. A ponte é composta por dois tabuleiros paralelos com 10,28m de largura cada um e afastados entre si de 0,10m. A obra é constituída de 8 tramos; os tramos correntes com 31m de comprimento e os tramos extremos com 25 e 20m de comprimento, perfazendo um comprimento total de 231m. A obra foi parcialmente isolada dos sismos pela introdução, em todos os pilares, de aparelhos de apoio de elevado amortecimento sísmico do tipo HDRB (High Damping Rubber Bearings). Encontram-se particularmente discriminadas e detalhadas neste projecto as seguintes situações: - Cálculo do Pré-esforço e respectivas perdas; - Acção das sobrecargas rodoviárias; - Diferença de comportamento da obra na entrada em serviço e no longo prazo; - Análise sísmica e do isolamento sísmico; - Estudo dos efeitos diferidos: retracção e fluência. Tendo as abordagens de cálculo e as verificações de segurança seguido a regulamentação nacional em vigor, nomeadamente RSA e REBAP, foi no entanto feita uma aproximação às regras do “Capacity Design” previstas no EC8, em que se privilegia a actuação do projectista sobre o comportamento da estrutura, procurando uma resposta não linear da mesma, visando garantir que: - A rotura não ocorrerá nos elementos de fundação; - Nos pilares a dissipação de energia se faz através de rótulas plásticas, evitando-se roturas associadas a esforços transversos. A aplicação destas regras neste Projecto demonstrou haver um agravamento substancial na definição dos esforços a que devem resistir alguns dos componentes da estrutura, designadamente os pilares e as fundações, originando soluções de secções de betão e armaduras bem mais exigentes do que aqueles que resultariam da simples verificação de segurança, pela comparação entre esforços actuante e esforços resistentes “secção a secção”, imposta pela actual regulamentação nacional.

Dimensionamento de estruturas de suporte rígidas

A Norma Portuguesa EN 1997-1:2007 - Eurocódigo 7 (EC 7) quando comparada, quer com a versão anterior ENV 1997-1:1994, cujo estatuto foi de pré-norma, quer com a prática tradicional corrente, introduz alterações significativas na abordagem ao dimensionamento geotécnico de estruturas de suporte. Assim, neste trabalho pretende-se aplicar a abordagem por meio de cálculos preconizada na Norma ao caso do dimensionamento de estruturas de suporte rígidas, comparando-a com os critérios tradicionais de dimensionamento utilizados em Portugal. Para tal realizou-se o plano de estudos seguinte: i) recensão bibliográfica síntese sobre o tema; ii) formulação geral do problema da verificação da segurança de estruturas de suporte rígidas de acordo com o preconizado no EC 7 e: iii) desenvolvimento de uma aplicação em Excel para a verificação da segurança daquelas estruturas nos moldes preconizados no EC 7. A folha de cálculo foi utilizada para comparar, através de dois exemplos - um relativo a um muro gravidade, e o outro relativo a um muro em T invertido - as diferenças entre a via tradicional e o EC 7 no respectivo dimensionamento.

Esforços hidrodinâmicos em comportas verticais (Downpull)

O downpull é uma força gerada pelo efeito do escoamento em comportas planas com estanquidade a jusante e pode condicionar, de forma determinante, o dimensionamento do órgão de manobra e a preponderância de fecho de uma comporta vertical em condições de emergência. Neste trabalho é desenvolvido um modelo de cálculo analítico para a obtenção do downpull e um modelo de simulação numérica com Computational Fluid Dynamics (CFD). O modelo analítico desenvolvido foi exposto numa folha de cálculo e permite a obtenção de resultados em poucos minutos, factor essencial sob o ponto de vista económico. O modelo em CFD tem como principal objectivo a validação do modelo analítico. Sendo um modelo mais complexo e dispendioso em termos de tempo despendido, apenas poderá ser utilizado em situações pontuais que exijam um maior rigor nos resultados obtidos.