Projeto, construção e teste de equipamento para ensaios de fadiga de risers flexíveis

Apesar da vida em fadiga de risers flexíveis ser de grande importância na explotação “off-shore”, os dados disponíveis são bastante restritos. A interação entre as suas várias camadas, as inúmeras combinações realizadas entre elas para se obter diferentes características e os recentes avanços em termos de materiais, nos obrigam a estudá-los constantemente. Este trabalho tinha como objetivo principal a construção de um equipamento para possibilitar o estudo da vida em fadiga de risers, através de movimentos de tração combinada com flexão, referentes ao teste “a” da classe II da norma API 17B, bem como todos os outros testes da classe I da referida norma. Foram projetadas a estrutura e todos os demais componentes, que posteriormente foram redimensionados pelos resultados obtidos em simulações numéricas (elementos finitos). Posteriormente, de posse de todos os componentes, realizou-se a montagem do equipamento, seguida de um teste final, que foi acompanhado por uma análise extensométrica dos principais pontos da estrutura. A conclusão básica deste trabalho foi obtida através da comparação das análises por elementos finitos e extensométrica, onde foi constatado que o equipamento estava apto a entrar em operação para a realização de ensaios estáticos ou dinâmicos, observando-se apenas algumas restrições comentadas.

Estudo comparativo da influência da forma de hastes femorais cimentadas afiladas e polidas nos padrões de transmissão de carga e estabilidade in vitro

A necessidade de uma maior longevidade da artroplastia total do quadril em pessoas mais jovens e ativas tem impulsionado a evolução do projeto de hastes cimentadas polidas e sem colar, através de alterações da forma desde a original de Charnley, passando pela dupla cunha e mais recentemente, a tripla cunha. Essa pesquisa foi direcionada à análise comparativa da estabilidade de hastes cujos ângulos de cunha foram a variável de projeto. Modelos físicos simplificados de diferentes conicidades foram elaborados e submetidos a testes e simulações numéricas para verificar, respectivamente, a migração distal e o ambiente mecânico da interface entre a haste e o cimento. Em modelos anatômicos constituídos das formas de hastes comerciais, implantadas em fêmures compósitos, foram acompanhadas as movimentações axial e rotacional e foi determinado o padrão de transmissão de carga através do nível de deformações no interior do manto de cimento e na superfície do osso. A hipótese é que uma prótese que apresente maiores deslocamentos e maiores níveis de deformações impostas ao manto de cimento em testes estáticos e cíclicos devem ser as de maior probabilidade de revisão precoce. Por outro lado, a relação entre o nível de deformação da superfície cortical antes e depois da implantação das hastes indica o potencial para o remodelamento ósseo As hastes foram extraídas e reimplantadas nos modelos anatômicos após os testes de fadiga para verificar alterações nos padrões de deformação. Também foi avaliada a contribuição da polimerização do cimento na estabilidade através do acompanhamento das deformações e de simulações numéricas. O processo de polimerização do cimento contribui para o acoplamento, pois promove um grande nível de deformações residuais devido à retração. Por outro lado pode provocar trincas iniciais e espaços na interface entre o cimento e o osso, além de facilitar a propagação de trincas por fadiga. Nas simulações numéricas dos modelos físicos observamos que a condição inicial de adesão na interface é representativa entre a haste e o manto. Os modelos físicos indicaram maior migração com menor conicidade. Para os modelos anatômicos houve diferença significativa apenas quanto à rotação permanente entre os grupos, estando isto associado à rigidez proximal e ao raio de transição do calcar. As hastes tripla cunha conferem uma menor redução do nível de carregamento no grande trocânter, o que pode prevenir a reabsorção óssea adaptativa. As hastes dupla cunha provocam menor redução do nível de carregamento na região do calcar. Entretanto, outros fatores devem ser considerados, tais como o raio de transição do calcar e a rigidez proximal das hastes. Nos modelos anatômicos, mesmo após a extração e reimplantação das hastes, manteve-se o padrão de deformações tanto no manto quanto na superfície dos fêmures compósitos.

O método da extensão virtual da trinca na fadiga por contato do tipo "spalling"

O estudo dos mecanismos de fadiga por contato tem grande relevância para o estudo dos componentes mecânicos que estão sujeitos ao desgaste. O desgaste é um tipo de falha que ocorre na maioria dos componentes que trabalham em contato. Atualmente para prever o desgaste são utilizados métodos experimentais que permitem ajustar curvas semi-empíricas, ou seja, o resultado depende de vários testes que além de caros são demorados. Com o aumento da competitividade na indústria, o tempo se tornou artigo de luxo e com isso o aprimoramento dos modelos de cálculo e das simulações numéricas são muito bem justificados. O estudo aprofundado do mecanismo de fratura por contato sem dúvida pode dar subsídios para um melhor projeto do componente mecânico e assim conseguir predizer com maior precisão quando a falha por desgaste ocorrerá e assim evitar falhas catastróficas e paradas de máquinas não programadas gerando grandes prejuízos e também risco de vidas humanas Este estudo apresenta um modelo numérico utilizando o método dos elementos finitos computacional para a simulação do spalling em componentes mecânicos sujeitos à fadiga de contato. O modelo foi simplificado para duas dimensões e foi considerado estado plano de deformações. Este estudo apresenta uma aproximação na aplicação dos conceitos da Mecânica da Fratura para estimar a vida de componentes mecânicos. O resultado do modelo numérico é confrontado qualitativamente com resultados práticos. A geometria dos pits assim como as relações entre o Fator de intensidade de tensões e o tamanho da trinca é apresentado.

Estudo do comportamento mecânico de misturas em concreto asfáltico com incorporação de resíduos industriais

Esta pesquisa de mestrado analisa, através de um estudo experimental, o comportamento mecânico de misturas em concreto asfáltico, utilizando agregados siderúrgicos (Escória de Aciaria) e Resíduo Areia de Fundição (R.A.F) em combinação com agregados minerais (Basalto). A reutilização destes resíduos industriais traz benefícios ambientais, pois auxilia a questão de deposição destes rejeitos, além de diminuir a degradação ambiental em áreas de extração de agregados pétreos. Foi realizada a dosagem de quatro misturas através da Metodologia Marshall, sendo uma mistura de Referência composta de agregados minerais. Para caracterização e verificação do desempenho das misturas asfálticas foi realizada a moldagem dos corpos-de-prova através da Metodologia Marshall, com uso de CAP 50/60, sendo determinado, além das propriedades Marshall, ensaios de módulo de resiliência à compressão diametral (Mr), resistência à tração (Rt), resistência à fadiga (tensão controlada), deformação permanente sob carga repetida, abrasão (Cântabro) e adesividade (Metodologia Lottman Modificada) das quatro misturas estudadas. Os resultados obtidos demonstraram que a adição dos resíduos industriais estudados ao concreto asfáltico aumenta o consumo de ligante da mistura. A incorporação de escória de aciaria à mistura em concreto asfáltico apresentou desempenho superior ao da mistura com agregados convencionais nas propriedades mecânicas e de durabilidade. A adição de Resíduo Areia de Fundição (R.A.F) em combinação com escória de aciaria não apresentou desempenho satisfatório neste estudo, uma vez que apresentou consumo de ligante elevado e propriedades mecânicas com desempenho inferior. Através do estudo ficou evidente a viabilidade da incorporação da escória de aciaria em misturas asfálticas apresentando melhora nas características mecânicas e de adesividade.

Desenvolvimento de ensaios de corrosão-fadiga para juntas soldadas de aço API 5L X60

Este trabalho tem por objetivo desenvolver um equipamento de ensaios para avaliar a vida de juntas soldadas, provenientes de tubulações para extração de petróleo, submetidas à corrosão-fadiga. Para atingir este objetivo foi estudado em que condições de corrosãofadiga uma tubulação esta exposta em alto mar sendo então definidos os parâmetros mais relevantes para serem reproduzidos em laboratório em corpos de prova menores. Nesta etapa foram definidos quais seriam os parâmetros de ensaio que o equipamento deveria atender. O equipamento foi construído para ensaiar uma junta soldada circunferencial por flexão a quatro pontos através de um sistema hidráulico com controle de carga com uma freqüência de 0,2 Hz e razão de carregamento, R=0,1. Para validar o equipamento foi usado um corpo de prova instrumentado com extensômetros resistivos para comparar o a carga calculada com a experimental e determinar se o nível de carregamento se mantêm constante ao longo dos ensaios. Foi levantada uma curva de fadiga com o equipamento desenvolvido e comparada com uma curva de fadiga feita ao ar do mesmo material em uma máquina servo hidráulica MTS.

Utilização de mistura asfáltica com borracha pelo processo da via-seca : execução de um trecho experimental urbano em Porto Alegre-RS

Este trabalho apresenta estudo sobre a viabilidade técnica para execução da pavimentação de uma pista experimental em via urbana a fim de comprovar o potencial da incorporação de borracha reciclada de pneus ao concreto asfáltico, pelo processo Via Seca, visando contribuir para a compreensão e otimização do desempenho dos pavimentos. O objetivo da presente pesquisa foi avaliar as etapas principais de projeto, produção e do processo executivo de estruturas de pavimentos submetidas à aplicação das cargas de tráfego em escala real; e o uso e manuseio dos materiais que constituem borracha-agregado, de maneira a obter benefícios e o incremento da durabilidade e redução da manutenção. Para tal foi construída uma pista experimental com revestimentos constituídos por um trecho em concreto asfáltico convencional e outro trecho com incorporação de borracha reciclada de pneus. Para a análise do comportamento, as misturas asfálticas foram caracterizadas segundos ensaios tradicionais, avaliando as diversas variáveis de projetos tais como: granulometria da borracha e do agregado, teor de ligante, tempo de digestão da borracha e percentual de borracha. Para caracterização e verificação de desempenho, realizaram-se os ensaios da Metodologia Marshall, ensaios de resistência à tração, módulo de resiliência à compressão diâmetral, fadiga à tensão controlada e deformação permanente (creep dinâmico). Ficou evidente a viabilidade técnica para execução de revestimentos com a utilização de borracha reciclada de pneus adicionada ao concreto asfáltico com o emprego do processo Via Seca, verificando durante a execução aspectos relevantes tais como: dosagem do silo com borracha; homogeneidade da massa; controle de temperatura; utilização e aplicabilidade das técnicas e equipamentos tradicionais para execução do concreto asfáltico, com a finalidade de prolongar a vida útil dos pavimentos e reduzir seu custo de manutenção.

Modelos de volatilidade estocástica com deformação temporal : com aplicação aos dados do IBOVESPA

Estimar e prever a volatilidade de um ativo é uma tarefa muito importante em mercados financeiros. Nosso objetivo neste trabalho é propor o conceito de deformação temporal neste contexto. A idéia é que o mercado modifica-se com a chegada de novas informações, e não com o decorrer do tempo de calendário. Nós estimamos a volatilidade dos retornos do IBOVESPA, aplicando Modelos de Volatilidade Estocástica sem e com Deformação Temporal.

Configuração interferómetrica diferencial para medição de deformação e temperatura

Este documento descreve a implementação de um sistema interferométrico diferencial para a interrogação de redes de Bragg com o objectivo da medição diferencial de deformação e temperatura. Foram implementados dois sistemas de interrogação, um utiliza uma configuração implementada através de instrumentação física, e outro, uma configuração implementada através de instrumentação virtual, desenvolvida com recurso ao ambiente LabVIEW®. O esquema diferencial permite diminuir os efeitos de sensibilidade cruzada indissociáveis a estes sistemas. Foram realizados testes de deformação e temperatura de forma a validar o funcionamento do sistema virtual. Em ambos os casos, os resultados foram próximos dos obtidos com o sistema convencional, verificando-se que a instrumentação virtual é uma forma de aproveitar as vantagens que este esquema de interrogação apresenta: grande sensibilidade e elevada gama dinâmica, e permite reduzir uma de suas desvantagens, o elevado custo. Verificou-se ainda a viabilidade da aplicação da configuração estudada num sistema de análise térmica diferencial para identificação de compostos em amostras desconhecidas. O sistema foi demonstrado utilizando uma mistura de acetona e metanol. Do trabalho realizado nesta dissertação foi possível efectuar algumas publicações que foram submetidas em Revistas e Conferências Científicas. A primeira ao Symposium On Enabling Optical Networks and Sensors SEON - 2010, Anexo A. A segunda à 21st International Conference on Optical Sensors - OFS 2011, Anexo B. E uma terceira submetida à revista Journal of Lightwave Technology, Anexo C.

A utilização de varões de GFRP nas estruturas de betão armado

A crescente preocupação com a deterioração e consequente reparação e reabilitação das estruturas de betão armado tradicionais, sobretudo devido ao fenómeno da corrosão associada aos varões de aço, que afecta significativamente a durabilidade deste tipo de estruturas, tem impulsionado a introdução dos varões de GFRP na área da engenharia civil. A progressiva utilização dos varões de GFRP, nas estruturas de betão armado, surge não só no sentido de colmatar as deficiências apresentadas pelo aço convencional, mas igualmente, pelas características que lhe são inerentes, das quais se destacam, entre outras, a elevada resistência à tracção e à fadiga, a elevada resistência química, a sua não condutividade electromagnética e corrosibilidade nula e o seu baixo peso próprio. Contudo, o comportamento frágil consequente do reduzido módulo de elasticidade, o custo início elevado e a falta de códigos de dimensionamento, têm tardado a sua aplicação generalizada. Neste contexto, procede-se no presente documento à elaboração de um Estado da Arte, com intuito de analisar o ponto de situação dos conhecimentos, seguida da apresentação da filosofia de dimensionamento e da descrição das propriedades físicas e mecânicas dos varões de GFRP. No sentido de avaliar o Estado Limite Último (E.L.U.) e o Estado Limite de Serviço (E.L.S.), dos elementos de betão armado com GFRP, realiza-se uma exposição dos modelos de dimensionamento sugeridos pelo ACI 440.1R-06 [3], pelo Fib-Bulletin 40 [21] e pelo ISIS Manual No.3 [25]. Por fim, dimensiona-se três elementos estruturais de betão armado com GFRP, com o objectivo de delinear as principais diferenças entre as armaduras de aço e de GFRP. Os exemplos de aplicação efectuados permitiram concluir, que de facto, o E.L.S. é maioritariamente condicionante neste tipo de estruturas, devido ao reduzido módulo de elasticidade, que afecta significativamente a deformação.

Efeitos da laserterapia de baixa potência sobre a fadiga do músculo quadríceps de indivíduos jovens

The objective of this study was to evaluate the effect of low laser power on the performance of anaerobic endurance of the quadriceps muscle in young subjects. Low-level laser therapy (LLLT) appears to decrease some indices of muscle fatigue. Most of these effects may be due to the influence of the laser on the muscles predominantly aerobic. Animal studies and clinical trials have already shown that the laser can improve the efficiency of mitochondrial metabolism for the resynthesis of adenosine triphosphate and thus slow down - or minimize, the deleterious effects of muscle fatigue. This research was characterized as an experimental study of the controlled clinical trial, randomized, blinded, attended by 93 volunteers, military, with ages between 18 and 19 years. The subjects were randomly allocated into three groups: Control (G1), Placebo (G2) and Laser (G3). All volunteers underwent an anthropometric assessment and a protocol Fatigue. This protocol was applied to an initial assessment (AV-1) for the collection of baseline data, and a final evaluation (AV-2). As the study variables, we used the blood lactate concentrations and indices of muscle power, as average power and peak velocity. The fatigue protocol consisted of a test of speed with twenty repetitions, performed on an exercise machine leg press 45º . In conclusion, it was found that, in this study, LLLT caused a significant increase in the Average of the Averages Powers, phase eccentric exercise in leg press 45º performed by young individuals

Análise da fadiga muscular localizada em atletas e sedentários através de parâmetros de freqüência do sinal eletromiográfico

Embora a análise no domínio da freqüência do sinal eletromiográfico (EMG) seja empregada na caracterização do processo de fadiga muscular localizada, sua aplicação, especificamente a da freqüência mediana (Fmed), é pouco explorada no âmbito esportivo. O objetivo do presente estudo foi verificar a viabilidade da aplicação do sinal EMG, através de sua análise no domínio da freqüência, como parâmetro para determinação e diferenciação no comportamento da fadiga muscular localizada. Dois grupos de sujeitos, um caracterizado como atletas (n =12) e outro como sedentários (n =12), foram submetidos a análises baseadas em procedimentos executados em três diferentes situações experimentais, todos envolvendo a modalidade de exercício isométrico: i) teste máximo para determinação da contração isométrica voluntária máxima (CIVM); ii) teste de fadiga, sustentado por 35 seg. a 80% da CIVM; iii) teste de recuperação, sustentado por 10 seg. a 80% da CIVM; neste ultimo foi monitorado o comportamento da Fmed nos três primeiros (Fmedi) e três últimos segundos (Fmedf) do sinal EMG no músculo tibial anterior durante o teste de fadiga. Durante os 10 segundos do teste de recuperação foi calculada a Fmed referente a todo o período (Fmedr). parâmetro utilizado no cálculo do índice de recuperação muscular (IRM). Os resultados apontam que a Fmedf apresentou valor menor em relação à Fmedi em ambos os grupos (p < 0,05). Quando comparado com o grupo de sedentários, o grupo de atletas apresentou valores maiores de Fmedi e Fmedf (p < 0,05). O valor médio e desvio-padrão do IRM para o grupo de atletas foram de 62,1% ± 28,7 e, para o grupo de sedentários, de 55,2% ± 27,8 (p > 0,05). Dessa forma, os resultados apresentados neste estudo permitem inferir a viabilidade na aplicação de parâmetros no domínio da freqüência do sinal EMG para a determinação e diferenciação do comportamento da fadiga muscular localizada.

Análise da reprodutibilidade de parâmetros no domínio da frequência do sinal EMG utilizados na caracterização da fadiga muscular localizada

The aim of this study was to analyze the reproducibility of the electromyography signal's parameters (EMG) in the frequency domain used in the characterization of localized muscle fatigue. Fifteen male subjects underwent a fatigue test based on isometric knee extension, being held at three different times at intervals of seven days. To assess the reproducibility of data between the tests we calculated the correlation coefficient (ICC) for the median frequency (MF) in total exercise time (MFT), MF obtained for every 10% of exercise time (MF10%) and the powers of the frequency bands obtained by dividing the power spectrum at windows of 20 Hz. The results showed: (1) excellent reproducibility for MFT, (2) good reproducibility for MF10%, and (3) greater variation in the signal EMG bands from 20 to 120 Hz, especially at the bands of 20-40 Hz and 40-60 Hz, which showed greater sensitivity to the process of muscle fatigue. We conclude that the MF is a variable that shows good reproducibility and that the fragmented analysis of the power spectrum, by means of frequency bands, showed that significant variations occur in the EMG signal during the installation of the fatigue process, having potential to become a new method for the characterization of localized muscle fatigue.

Influência da fadiga no comportamento neuromuscular do quadríceps femoral, após reconstrução do ligamento cruzado anterior

Muscle fatigue is a phenomenon that promotes physiological and biomechanical disorders and their changes in healthy subjects have been widely studied and have significant importance for care in preventing injuries, but we do not have many information about its effects in patients after ACL reconstruction. Thus, this study is to analyze the effects of fatigue on neuromuscular behavior of quadriceps after ACL reconstruction. To reach this objective, participants were forty men, twenty healthy (26,90 ± 6,29 years) and twenty after ACL reconstruction (29,75 ± 7,01 years) with a graft of semitendinosus and gracilis tendons, between four to six months after surgery. At first, there was an assessment of joint position sense (JPS) at the isokinetic dynamometer at a speed of 5°/s and target angle of 45° to analyze the absolute error of JPS. Next, we applied the a muscle fatigue protocol, running 100 repetitions of isokinetic knee flexion-extension at 90°/s. Concurrently with this protocol, there was the assessment of muscle performance, as the peak torque (PT) and fatigue index, and electromyographic activity (RMS and median frequency). Finally, we repeated the assessment of JPS. The statistical analysis showed that patients after ACL reconstruction have, even under normal conditions, the amended JPS compared with healthy subjects and that after fatigue, both have disturbances in the JPS, but this alteration is significantly exacerbated in patients after ACL reconstruction. About muscle performance, we could notice that these patients have a lower PT, although there are no differences between the dynamometric and EMG fatigue index. These findings show the necessity about the cares of pacients with ACL reconstruction in respect of the risks of articulate instability and overload in ligamentar graft

Efeito do tempo de repouso após fadiga induzida no desempenho neuromuscular do quadríceps femoral: ensaio clínico, controlado, randomizado, cego

Objective: To evaluate the effect of different resting periods, after induced muscle fatigue, in the quadriceps femoris neuromuscular performance, in healthy subjects. Methods: Sixty-four volunteers, of both genders, with an average of 21,8 ± 1,7 years and mean body mass index of 24,2 ± 3,7 Kg/m2 were randomly assigned into 4 groups: control group (was not induced fatigue); Experimental Group 1 (Exp. 1 1 minute of rest after fatigue); Experimental Group 3 (Exp. 3 3 minutes of rest after fatigue) and Experimental Group 5 (Exp. 5 5 minutes of rest after fatigue). The subjects were evaluated to the knee´s joint position sense (JPS), followed by 5 flexion-extension knee concentric isokinetic contractions at 60°/s, with concomitant recording of median frequency (Fmed) of rectus femoris (RF), vastus lateralis (VL) and vastus medialis (VM). Then they underwent a muscle fatigue protocol (30 flexion-extension knee concentric contractions at 60°/s) and were reevaluated on the isokinetic performance, Fmed and JPS. Blood lactate levels were measured before initial assessment, immediately after the fatigue protocol and 5 minutes after the end of the rest period. Results: The adoption of 3 minutes of rest was sufficient to restore the initial conditions for the peak torque normalized by body weight and the VL and VM Fmed. The joint position sense returned to its initial values with 1 minute rest. The lactate concentration remained high regardless of the adopted rest period. Conclusion: The use of 3-minute rest period is sufficient for the reestablishment of the neuromuscular parameters to the pre fatigue values.

Efeitos imediatos da laserterapia sobre o desempenho neuromuscular após fadiga muscular induzida: ensaio clínico controlado, randomizado e cego

The aim of this study was to investigate the immediate effects of laser therapy on neuromuscular performance in healthy subjects after a muscle fatigue. This is a clinical trial, controlled, randomized, blinded, attended by 80 volunteers of both genders, healthy, with ages between 18 to 28 years. Initially the volunteers performed an initial evaluation (EV1) using electromyography in the biceps muscle, associated with assessment in isokinetic dynamometry with 5 concentric contractions (60 °/s) for elbow flexion. The subjects were randomly allocated into 4 groups: G1 (control, n = 20), G2 (placebo, n = 20), G3 (pre-fatigue laser, n = 20), and G4 (post fatigue laser, n = 20). The muscular fatigue protocol had 30 concentric isokinetic contractions (120 °/s). We used a 808 nm laser, power of 100 mW, applied at the belly of the biceps muscle. After the speeches the volunteers performed a final evaluation (EV2). Test was applied to two-way ANOVA with post hoc Turkey, with a significance level of 5%. There was no significant difference in electromyographic evaluation. In dynamometric evaluation showed a drop in peak torque, peak torque normalized to body weight (p <0.001) and average power (p <0, 05) between the initial and final evaluations in control. Among the groups there was a significant difference between the control and the other groups in relation to peak torque (p <0.05), peak torque to body weight (p <0.001) and average power (p <0.05). Therefore, the low intensity laser therapy does not alter the immediate neuromuscular performance after fatigue