Estudo comparativo do comportamento mecânico de materiais compósitos à base de polímeros líquido-cristalinos

Os materiais compósitos à base de polímeros líquido-cristalinos sofreram um grande desenvolvimento nas três últimas décadas, com uma vasta utilização pela indústria, nomeadamente a aeronáutica e aeroespacial. Este trabalho, numa primeira fase desenvolveu-se com base numa pesquisa bibliográfica que tinha como principal objectivo conhecer o estado da arte dos polímeros líquido-cristalinos (PLC’s) e suas aplicações em materiais compósitos. Foi realizado um estudo bibliográfico das propriedades mecânicas dos principais sistemas de compósitos termoendurecíveis e termoplásticos de forma a criar um enquadramento do tema a desenvolver. Realizou-se também uma pesquisa sobre os mais recentes desenvolvimentos relativos às aplicações dos PLC’s na indústria aeronáutica e aeroespacial, com o estudo a incidir sobre as mais recentes aplicações em projectos desenvolvidos nomeadamente pela NASA. O trabalho foi direccionado para o estudo do Kevlar, desde a sua produção, à caracterização das suas principais propriedades mecânicas e aplicações industriais, com principal interesse nas aplicações em materiais compósitos. Particular atenção foi dada aos problemas que podem afectar o desempenho dos laminados produzidos com reforço de Kevlar. Neste trabalho os compósitos pré-impregnados foram estudados tendo em conta a sua caracterização em função das formas de empilhamento e das suas propriedades mecânicas. Foram consideradas neste estudo as normas ASTM (American Society for Testing and Materials) relativas aos ensaios a realizar, em particular o seu campo de aplicação e a metodologia dos ensaios para determinação das propriedades mecânicas dos compósitos. Neste trabalho é realizado um estudo comparativo sobre as propriedades mecânicas quando ocorrem, ou não, defeitos nos laminados. Foram realizados ensaios não destrutivos por ultra-sons de forma a garantir a qualidade do laminado para a produção dos provetes, assim como para a confirmação da correcta localização dos defeitos induzidos. No trabalho experimental, realizaram-se ensaios à tracção, à fadiga, à compressão e à flexão, com o fim de comparar grupos de provetes, com e sem defeitos, e caracterizar as variações das propriedades mecânicas. São abordados os factores que influenciam o desempenho de um laminado de Kevlar e os factores que desencadeiam a sua deterioração. A delaminação é um grave problema que afecta os laminados e que limita o seu desempenho. O estudo demonstrou que um dos principais problemas nos laminados de compósitos à base de polímeros líquido-cristalinos é a fadiga.

Utilização de hidrófugos de superfície em materiais cerâmicos: influência na secagem

A presente dissertação tem por finalidade compreender a influência dos tratamentos hidrófugos na secagem do tijolo cerâmico, tendo assentado na realização de ensaios de absorção capilar, permeabilidade ao vapor de água e secagem. Foi inicialmente avaliada a possibilidade de utilização de tijolo cerâmico maciço de três proveniências distintas. Uma destas origens foi a Praça de Touros do Campo Pequeno, em Lisboa, que permitiu estudar quatro tipos distintos de tijolo antigo. As outras duas origens foram as cerâmicas Torreense e de Vale de Gândara, tratando-se portanto neste caso de tijolos de fabrico recente. Os diferentes tipos de tijolo foram caracterizados quanto à sua aparência, morfologia, teor de sal, absorção capilar e comportamento em secagem. O tijolo de Vale de Gândara foi o tipo seleccionado para a aplicação dos tratamentos hidrófugos. Foi detectada a presença de fissuras neste tipo tijolo, tal como em todos os outros tipos caracterizados. Sendo este defeito relevante para o transporte de humidade, foi necessário ter em consideração a influência da orientação preferencial das fissuras. Assim, utilizaram-se em todos os ensaios provetes com fissuras paralelas e provetes com fissuras perpendiculares à superfície. Estudaram-se cinco tratamentos hidrófugos com base em silicone. Foram realizados ensaios de absorção capilar através da face tratada, ensaios de permeabilidade ao vapor de água e ensaios de secagem (método RILEM da curva de evaporação). Realizaram-se ensaios semelhantes sobre o material não-tratado, que serviram como referência. Os resultados do ensaio de absorção capilar indicam que a eficácia de quatro dos tratamentos é elevada, sendo a secagem do tijolo significativamente dificultada por esses quatro produtos. Verificou-se, no entanto, que o decréscimo da permeabilidade ao vapor apenas é significativo para três hidrófugos. A influência dos hidrófugos na permeabilidade ao vapor apenas é mensurável no caso dos provetes com fissuras paralelas à base. Quando as fissuras são perpendiculares à base, a permeabilidade ao vapor é bastante mais elevada, não sendo afectada pelo hidrófugo. Palavras-chave: materiais cerâmicos, hidrófugos, tratamentos à base de hidrófugos, materiais porosos, transporte de humidade, edifícios antigos, secagem.

Revestimento de fachadas com pedra natural: patologia, especificação e manutenção

O objectivo geral deste trabalho é o conhecimento mais abrangente das pedras ornamentais portuguesas como elemento singular da construção de edifícios em Portugal, sua aplicação no revestimento de fachadas, identificação das patologias, medidas preventivas e de reparação. Nesse sentido e para melhor conhecer o seu comportamento, fez-se uma caracterização das pedras naturais e das suas propriedades. Descreveram-se em seguida as pedras naturais para paramentos exteriores mais comuns e utilizadas em Portugal e as condições técnicas exigíveis na sua aplicação. Identificaram-se as patologias inerentes ao não cumprimento das condições necessárias à sua boa aplicação e escolha para o fim pretendido. Para isso descreveu-se o método de diagnóstico a utilizar, para que qualquer intervenção mais ou menos invasiva obedeça a critérios fundamentados no conhecimento que se tem vindo a adquirir através de estudos e investigação. Por fim, e verificando-se a necessidade de avaliações e inspecções periódicas das fachadas, elaborou-se uma ficha de avaliação/inspecção como contributo para garantir a durabilidade e o bom desempenho deste material nobre ao longo da sua vida útil.

Contribuição para o estudo da incorporação de materiais poliméricos em membranas betuminosas

A realização deste trabalho inseriu-se na contribuição para o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas, mais concretamente na modificação de misturas betuminosas. Para o efeito, foram sintetizados novos poliésteres polióis semelhantes estruturalmente, mas com diferentes pesos moleculares, baseados na utilização de ácidos diméricos de fonte renovável (tall-oil), que serviram de suporte para a produção de prepolímeros de isocianato para a modificação de betumes. A caracterização dos póliesteres polióis e dos polímeros produzidos foi realizada através de espectroscopia de infravermelhos. Ensaios de engenharia e qualidade, especificados para misturas betuminosas, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Imperalum e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade cinemática e dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Betumes 160/220 previamente modificados com teores de 1% e 3% de prepolímeros reactivos e, modificados com APP e SBS, foram caracterizados reologicamente a várias temperaturas na zona de viscoelasticidade linear. Os ensaios foram realizados em regime dinâmico através do varrimento em frequência a várias temperaturas. Pela análise dos resultados obtidos, concluiu-se que as modificações consideradas aumentam o carácter elástico dos betumes, confirmado pelo aumento do módulo elástico (G’(ω)). Os betumes modificados com teores de 1% de prepolímeros foram caracterizados microestruturalmente através de microscopia de força atómica. As imagens topográficas obtidas confirmam a existência de três fases distintas, designadamente a fase catana, perifase e parafase. A avaliação das proporções de cada fase revelou dependências entre a estrutura dos modificadores e a alteração efectiva da microestrutura dos betumes.

Pedra natural como revestimento exterior de paredes

A pedra natural é um material de grande desempenho estético, associado a qualidade e durabilidade, que tem vindo cada vez mais a ser utilizado no revestimento de fachadas. Pretende-se com o presente trabalho, contribuir para ultrapassar o quadro patológico verificado nos dias de hoje, bem como melhorar a segurança e qualidade das construções. Começa-se por abordar o estado da indústria da pedra em Portugal. Descrevem-se depois os processos e técnicas de extracção e transformação da pedra, e as exigências funcionais e normativas aplicáveis aos revestimentos de pedra natural para paredes exteriores. São depois abordados os métodos correctos de aplicação de placas de pedra para fachadas, dando maior relevo ao método de fixação independente com recurso a elementos metálicos. Por fim são enunciadas as anomalias que habitualmente se verificam neste tipo de solução e as suas causas sistematizando-se a sua relação. Indicam-se também algumas técnicas de reabilitação aplicáveis a diversos tipos de patologia.

Desenvolvimento de materiais poliméricos resistentes à radiação UV: determinação quantitativa de estabilizadores à radiação UV

A presente tese teve por objectivo principal o desenvolvimento de métodos que permitissem quantificar alguns aditivos HALS (Hindered Amine Ligth Stabilizers - Aminas Estericamente Impedidas Estabilizadoras à luz), tais como, Tinuvin 622®, Chimassorb 944® e Chimassorb 2020® presentes em amostras de corda sintética. Os métodos de quantificação compreenderam a hidrólise básica para o Tinuvin 622® e a hidrólise ácida para ambos os Chimassorbs, e a separação e identificação por HPLC-MS/MS dos produtos da mesma. Procedendo à realização do método com o respectivo padrão de cada aditivo foi possível obter-se uma curva de calibração para o Tinuvin 622® (y = 899733 X - 96173; r = 0,9979) e para o Chimassorb 944® (y = 44177 X - 18248; r = 0,9965). Relativamente ao Chimassorb 2020® foram realizados alguns ensaios preliminares fundamentais para o desenvolvimento de um método de quantificação para este aditivo. Para o Tinuvin 622® foram realizados ainda ensaios de forma a desenvolver-se um método em que a quantificação ocorresse exclusivamente pela separação do hidrolisado no HPLC com detector UV. Dado que o Tinuvin 622® não apresenta absorção no UV optou-se por realizar a derivatização fluorescente deste através da esterificação com PyCOOH (ácido pirenobutírico) em meio ácido. Nas amostras de corda foram realizados ensaios de envelhecimento e tracção, ensaios de brilho, ensaios de absorção, bem como a quantificação do Tinuvin 622® nas cordas com e sem tratamento de irradiação (envelhecimento). Comprovou-se que as amostras de corda contêm cerca de 0,2% de Tinuvin 622® e que a corda preta não contém aditivo HALS. Verificou-se que em cordas sujeitas à radiação UV, a tensão de ruptura é influenciada pela quantidade de Tinuvin 622® e que esta por sua vez depende do tempo de exposição a que a corda foi sujeita. Por outro lado, concluiu-se que a cor (pigmentos) e o brilho não apresentam influência significativa na resistência das cordas quando expostas à radiação UV.

Desenvolvimento de materiais poliméricos com vista à sua incorporação em membranas betuminosas

O principal objectivo deste trabalho foi o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas. Assim, foram sintetizados novos poliésteres polióis, com pesos moleculares semelhantes, analisados através das titulações dos grupos hidroxilo e ácido carboxílico terminais, e estruturas diferentes. Os polímeros foram sintetizados com base em ácidos diméricos, Unidyme 18 e glicóis, monopropilenoglicol e neopentilglicol no caso do polímero linear, já para o polímero tri-funcional utilizou-se trimetilolpropano e monopropilenolglicol. Estas matérias-primas servem de suporte à produção dos prepolímeros e quasi-prepolímeros reactivos de isocianato terminal para a modificação dos betumes, sendo as suas caracterizações realizadas através de espectroscopia de infravermelhos e ensaios de viscosidade. Foram preparadas as misturas com o betume de grade 160/220, provenientes da refinaria de Sines e do Porto com adição de teores de 5%, 10& e 15% de um prepolímero PRP1 e de um quasi-prepolímero. Ensaios de engenharia e qualidade, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Lusasfal e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos normativos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Os betumes 160/220 previamente modificados com aPP e SBS, foram caracterizados reologicamente à temperatura ambiente na zona da viscoelasticidade linear.

Controlo de qualidade em materiais têxteis, couros e elastómeros

O presente estágio curricular decorreu nas Oficinas Gerais de Fardamento e Equipamento (O.G.F.E.), mais concretamente no departamento de Controlo de qualidade e desenvolvimento. (C.Q.D.), no período de Outubro de 2008 a Abril de 2009. Este teve como objectivo principal a realização de ensaios, de natureza estrutural e comportamental, que permitissem a análise de conformidade a materiais têxteis, couros e elastómeros que irão ser utilizados na produção de fardamento e equipamento a serem usados maioritariamente pelo Exército Português. Deste modo, este laboratório subdivide-se em duas vertentes. A primeira pretende descrever alguns aspectos acerca da indústria têxtil e de curtumes, considerados relevantes para a compreensão global de todo o trabalho elaborado ao longo do período de estágio. A segunda vertente pretende descrever o trabalho experimental desenvolvido para estudar a garantia de qualidade das diferentes amostras recebidas pelo C.Q.D..

Estudos de adsorção sobre materiais porosos e preparação de carvões mesoporosos usando como matriz argilas porosas heteroestruturadas

Este trabalho foi desenvolvido, tendo como base dois objectivos principais; a montagem e calibração de uma instalação volumétrica para estudos de adsorção e a preparação de carvões mesoporosos com base em matrizes constituídas por materiais inorgânicos mesoestruturados. Foi estudada a utilização de uma argila porosa heteroestruturada (PCH) como matriz, recorrendo ao álcool furfurílico como precursor de carvão. Alguns carvões foram preparados usando SBA-15 como matriz com o mesmo precursor de carvão ou com a sacarose. A preparação destes carvões envolveu a infiltração de um precursor de carvão nos poros da matriz, polimerização do precursor, carbonização do compósito formado, remoção da matriz com ácido fluorídrico e lavagem dos carvões obtidos. Este trabalho incidiu ainda no estudo da utilização do ácido p-toluenosulfónico como catalisador da polimerização do precursor de carvão e estudar o modo como o tipo de matriz e o número de ciclos de infiltração-polimerização afectam as características dos carvões obtidos. Os métodos de preparação dos carvões CMK-3 e CMK-5, foram seguidos conforme descritos na literatura, com o objectivo de reproduzir estas estruturas. As matrizes e os carvões foram caracterizados recorrendo à realização de isotérmicas de adsorção de azoto. Técnicas de difracção de raios X e microscopia electrónica de varrimento. A eficiência da remoção da matriz foi avaliada através da determinação do teor de cinza e a eficiência da lavagem dos carvões foi verificada através da determinação do ponto de carga zero e do teor em fluoreto. Foi verificada a eficiência dos métodos de remoção e lavagem dos carvões, bem como a reprodutibilidade do seu processo de preparação. Foi possível a preparação de carvões mesoporosos sem ser necessário o uso do catalisador, independentemente do tipo de matriz. O catalisador apenas teve impacto nos carvões preparados com dois ciclos de impregnação-polimerização, ocorrendo um aumento da mesoporosidade da amostra. Variando a amina usada na preparação da PCH (octilamina, decilamina, dodecilamina), foi possível obter carvões com propriedades textuais distintas, demonstrando a versatilidade das argilas porosas heteroestruturais como matrizes inorgânicas. Não foi possível reproduzir todas as características das amostras apresentadas na literatura, tendo-se contudo verificado a influência do método de carbonização.

Preparação e avaliação das propriedades catalíticas de materiais do tipo SAPO-11 na hidroisomerização de n-decano

Neste trabalho efectuou-se o estudo do comportamento de catalisadores bifuncionais do tipo SAPO-11, contendo 0,5% em massa de platina, em que foram efectuadas alterações durante o processo de síntese, na reacção de hidroisomerização do n-decano. As modificações efectuadas nos catalisadores foram: quantidade de silício; utilização di-propilamina (DPA) como agente estruturante ou a mistura de di-proppilamina (DPA) e metilamina (MA), funcionando esta última como co-estruturante; diferentes tempos de cristalização (24 e 12h); e a introdução de nióbio (Nb). Os catalisadores preparados foram caracterizados recorrendo às técnicas de difracção de raio-X, microscopia electrónica de varrimento, adsorção de N2, adsorção de piridina acompanhada por espectroscopia de infravermelho, reacção de hidrogenação do tolueno e quimissorção de H2. A quantidade de Si afecta a acidez e, ligeiramente, a actividade hidrogenante, levando a uma diminuição da selectividade aos produtos mono-ramificados com o aumento de Si. A utilização de MA aumenta, significativamente, o tamanho dos cristais, reflectindo-se na menor selectividade aos isómeros mono-ramificados. Nos catalisadores preparados com menor tempo de cristalização o crescimento dos cristais não é completo, sendo o seu tamanho inferior aos preparados com 24h com consequente diminuição da cristalinidade dos materiais. A presença de Nb exerce um efeito na acidez dos catalisadores e na não uniformidade do tamanho dos cristais, provocando o aumento da selectividade aos produtos multi-ramificados e reacções de craking.

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.

Revestimento vinílico em pavimentos: características, execução e patologia

O desenvolvimento industrial, tecnológico e económico, conduziu ao aparecimento de soluções construtivas e de revestimentos disponíveis no mercado da construção, cada vez mais eficientes e economicamente vantajosas. Uma dessas soluções é o revestimento vinílico em pavimentos, utilizado a nível mundial principalmente em escritórios, hospitais e escolas. A sua resistência ao tráfego pedonal e facilidade de aplicação e manutenção fazem dele um revestimento de eleição. No entanto esta aparente versatilidade acaba por colocar dificuldades aos profissionais do projecto, da construção e da reabilitação de edifícios, em particular na escolha das melhores soluções para cada tipo de utilização. É pois importante que estes profissionais disponham de orientações práticas para que façam as suas escolhas de um modo objectivo. O presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma análise aprofundada deste tipo de material, onde são abordadas as suas exigências funcionais, modo de aplicação e patologia associada, tentando evitar-se deste modo a ocorrência de eventuais erros sistemáticos e recorrentes.

Projecto de fundações e estruturas do edifício administrativo do parque de materiais e oficinas de Ceira

O presente trabalho refere-se às fases de projecto da estrutura do Edifício Administrativo do Parque de Material e Oficinas, destinado ao apoio à frota circulante para a rede de transportes do Metro do Mondego. As instalações serão construídas junto à Estação de Ceira. Na escolha das soluções a adoptar foram considerados todos os condicionalismos existentes, em particular os inerentes à implantação geral da obra e sua utilização. Foram igualmente tidas em conta as acções passíveis de actuar na estrutura, bem como as propriedades dos materiais utilizados e os processos construtivos que venham a ser utilizados.

Materiais elásticos como elementos de protecção em vias balastradas

Nas últimas décadas o transporte ferroviário sofreu inúmeras alterações, devido as crescentes exigências impostas ao sector e a necessidade de o tornar num sistema de transporte mais competitivo, podendo assim rivalizar com os seus principais concorrentes, os transportes aéreos e rodoviários. Essas alterações, passam por, inovações a via balastrada nomeadamente, com a introdução de novos materiais, como sejam, por exemplo, os materiais elásticos, como complemento aos componentes da via tradicional, associados a métodos construtivos inovadores ou melhorados. Assim sendo, no presente estudo pretende-se dar uma visão do estado de desenvolvimento deste tipo de soluções relacionando-as com novas formas de olhar o projeto ferroviário, sendo certo que hoje em dia e fundamental não só dar enfase as fases de dimensionamento e execução, mas também as fases de manutenção e renovação, através de processos mais criteriosos e transparentes, nos quais a analise RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Safety) e LCC (Life-Cycle Cost) se assumem como cruciais para enfrentar os desafios futuros.

Análise computacional de juntas adesivas simples e duplas em materiais compósitos

Na presente dissertação tem-se como objectivo estudar dois dos métodos mais comuns de união adesiva de materiais compósitos laminados. Os métodos referidos são a junta sobreposta simples e a junta sobreposta dupla. A dissertação foi realizada usando o método de elementos finitos recorrendo ao software ABAQUS. Esta encontra-se dividida numa análise de tensões e numa análise dos modos de falha e da resistência das juntas. No que diz respeito à análise de tensões, são estudadas as distribuições de tensões e deformações para os dois tipos de juntas referidas, ao longo da linha média do adesivo. Esta análise de tensões tem em consideração a influência de vários parâmetros, como a espessura do adesivo, a espessura do aderente, o filete no aderente, o comprimento de sobreposição e a sequência de empilhamento, na distribuição de tensões na camada de adesivo. São também comparados as análises na qual se define o comportamento do adesivo como sendo elástico e noutra como sendo elasto-plástico. Relativamente à análise dos modos de falha e resistência da junta, além do modelo numérico que inclui elementos de interface, em conjunto com o ABAQUS, no sentido de prever a tensão de rotura e de simular o início e a propagação do dano que leva à rotura, é também efectuado uma análise analítica usando o critério de cedência para prever a força de rotura da junta. A validação de ambos os estudos foi efectuada comparando os resultados com artigos científicos ou relatórios já publicados.