Estratégias e internacionalização na manutenção e produção

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

Determinação de propriedades mecânicas através de ensaios de provetes miniatura, "Small Punch"

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

Consolidating preservative-treated wood: Combined mechanical performance of boron and polymeric products in wood degraded by Coniophora puteana

When timber elements in heritage buildings are moderately degraded by fungi and assuming underlying moisture problems have been solved, two actions can be taken: i) use a biocide to stop fungal activity; ii) consolidate the degraded elements so that the timber keeps on fulfilling its structural and decorative functions. The aim of this work is to investigate the mechanical performance of maritime pine wood degraded by fungi after being treated with a biocide followed by impregnation with a polymer product. Three commercially available products were used: a boron water-based biocide, an acrylic consolidant and an epoxy-based consolidant. Treated and consolidated specimens were subjected to mechanical tests: axial compression test (NP 618), static surface hardness (ISO 3350) and bending test (NP 619). Sets of replicates were subjected to an evaporation ageing test (EN 73) after application of the products and also tested for mechanical behaviour. An increase in mechanical strength was observed for both consolidants with no significant influence from the previous use of biocide product. The specimens subjected to ageing showed a slightly better general mechanical performance.

Mechanical behavior and localized failure modes in a porous basalt from the Azores

Basaltic rocks are the main component of the oceanic upper crust, thus of potential interest for water and geothermal resources, storage of CO2 and volcanic edifice stability. In this work, we investigated experimentally the mechanical behavior and the failure modes of a porous basalt, with an initial connected porosity of 18%. Results were acquired under triaxial compression experiments at confining pressure in the range of 25-200 MPa on water saturated samples. In addition, a purely hydrostatic test was also performed to reach the pore collapse critical pressure P*. During hydrostatic loading, our results show that the permeability is highly pressure dependent, which suggests that the permeability is mainly controlled by pre-existing cracks. When the sample is deformed at pressure higher than the pore collapse pressure P*, some very small dilatancy develops due to microcracking, and an increase in permeability is observed. Under triaxial loading, two modes of deformation can be highlighted. At low confining pressure (Pc < 50 MPa), the samples are brittle and shear localization occurs. For confining pressure > 50 MPa, the stress-strain curves are characterized by strain hardening and volumetric compaction. Stress drops are also observed, suggesting that compaction may be localized. The presence of compaction bands is confirmed by our microstructure analysis. In addition, the mechanical data allows us to plot the full yield surface for this porous basalt, which follows an elliptic cap as previously observed in high porosity sandstones and limestones.

Development of a penetration test for timber impregnation products for use in old buildings

This paper studies the application of commercial biocides to old maritime pine timber structures (Pinus pinaster Ait.) that have previously been impregnated with other products. A method was developed in the laboratory to be used in situ to determine the impregnation depth achieved by a new generation biocide product applied to timber from an old building. This timber had once been treated with an unknown product difficult to characterize without extensive analysis. The test was initially developed in laboratory conditions and later tested on elements of the roof structure of an 18th century building. In both cases the results were promising and mutually consistent with penetration depths for some treatments reaching 2.0 cm. The application in situ proved the tests viability and simplicity of execution giving a clear indication on the feasibility of possible re-treatments.

Consumo energético e eficiência da marcha com dois modelos de joelhos protésicos: estudo de caso

Introdução – Os componentes protésicos têm um papel fundamental na eficiência energética da marcha dos indivíduos amputados. Esta é uma área de conhecimento ainda em desenvolvimento, onde a investigação desempenha um papel central. Objectivos – Comparar e analisar o efeito de dois joelhos protésicos, 3R34, monocêntrico modular, de fricção constante, com auxiliar de extensão incorporado (A) e 3R92, monocêntrico modular, com travão de fricção e controlo pneumático da fase de balanço (B) no consumo energético e eficiência da marcha. Metodologia – Um indivíduo do sexo masculino de 27 anos, com amputação transfemural longa, foi sujeito a um protocolo submáximo de avaliação da resposta ao exercício em passadeira rolante (H/P/Cosmos(R) Mercury), através de um sistema de análise de gases breath‑by‑breath (Cosmed Quark PFT Ergo). Foi efetuado o mesmo protocolo com intervalo de dois dias, primeiro utilizando o joelho A e depois o B. As variáveis analisadas foram o consumo de O2 (VO2), o equivalente metabólico (MET) e a eficiência energética da marcha (Quociente de VO2 esperado de um individuo saudável e o VO2 do individuo em estudo). O esforço percecionado foi medido com a escala RPE de Borg. Resultados – O consumo energético com o joelho A (24,2 ml O2/kg/min; 6,9 MET) foi inferior ao obtido com o joelho B (28,68 ml O2/kg/min; 8,2 MET). A eficiência energética da marcha foi mais elevada para o joelho A (43%) do que para o joelho B (39%). Conclusão – A utilização do joelho A na prótese do indivíduo em estudo resulta numa marcha de menor consumo energético e maior eficiência. No entanto, este valor poderá estar influenciado pelo curto período de adaptação ao joelho B, sendo necessários mais estudos para confirmar os resultados do estudo e a influência deste fator. ABSTRACT - Background – Prosthetic components have a crucial role in the energy efficiency of amputee’s gait. This is an area of knowledge still in development, where research plays a central role. Objective – The purpose of this case study is to compare the impact in energy consumption of two prosthetic knees, titanium single‑axis constant friction knee joint with internal extension assist, 3R34 (A) and a single‑axis pneumatic swing phase control, 3R92 (B). Methodology – The participant was a transtibial amputee, male, with 27 years old, with no other clinical or functional impairments. To measure the energy expenditure a submaximal treadmill (H/P/Cosmos(R) Mercury) exercise stress test combined with a breath‑by‑breath analysis system (Cosmed Quark PFT Ergo) was used. The same test was applied to both knees, separated by two days. The analyzed variables were O2 consumption (VO2), metabolic equivalent (MET) and gait efficiency (VO2 ratio expected from a healthy individual and the studied individual). A rate of perceived exertion (Borg’s Scale) was used. Results – The results were favorable to knee A (24.2 ml O2/kg/min; 6.9 MET, 43% efficiency) compared with knee B (28.68 ml O2/kg/min; 8.2 MET, 39% efficiency). Conclusion – In this case, a less energy consumption gait corresponds to the prosthesis with knee A. These values may be influenced by the short adaptation period with knee B, so it’s necessary to perform more studies to confirm the previous results and to understand the truly impact of correct adaptation factor to the best prosthetics components for different patients.

Manutenção de edifícios: manutenção das instalações técnicas de um grande edifício

Este relatório de estágio, que se realizou no Edifício Atrium Saldanha em Lisboa, tem por finalidade demonstrar as aptidões adquiridas no decorrer do Mestrado e que tornaram possíveis a participação num estágio que envolveu várias áreas da Engenharia Mecânica. Nos últimos anos, tem-se assistido a um crescente aumento do consumo e do custo da energia eléctrica. De acordo com análises realizadas pela União Europeia, uma percentagem significativa deste aumento de consumo está relacionado com edifícios e habitações. A manutenção preventiva das instalações técnicas é, entre outros aspectos, uma das ferramentas essenciais na redução desta factura energética. A questão que se coloca relaciona-se com a metodologia a aplicar para esse efeito. De que forma podem ou devem os planos de manutenção ser elaborados, qual a periodicidade das intervenções a considerar de modo a aumentar a eficiência energética dos edifícios, reduzir as emissões de dióxido de carbono e garantir uma maior protecção do utilizador? Numa fase inicial do estágio foi feita uma caracterização geral das principais instalações técnicas do edifício de modo a se analisarem, posteriormente, os procedimentos de manutenção adoptados pelas equipas de manutenção. Foram ainda sugeridas algumas periodicidades para os procedimentos de manutenção já existentes e algumas intervenções que não estavam incluídas no plano de manutenção do edifício e que podem contribuir para aumentar a fiabilidade dos equipamentos e consequentemente a eficiência energética e a qualidade do ar interior dos edifícios.

Medição do coeficiente de atrito da superfície de pavimentos: estudo do equipamento Grip Tester

Ao nível da segurança de circulação rodoviária e aeroportuária, a aderência entre os pneumáticos e a superfície do pavimento apresenta-se como uma das características superficiais mais importantes dos pavimentos em situações de piso molhado. Mundialmente, tem-se dado relevante importância a este facto, levando a que nas últimas décadas e anos, se tenham estudado diversos índices e equipamentos de medição do coeficiente de atrito de um dado pavimento aquando da presença de água. O objectivo da presente dissertação é o de aprofundar o conhecimento sobre a medição do coeficiente de atrito da superfície dos pavimentos de infraestruturas rodoviárias e aeroportuárias, com a particular incidência no estudo do equipamento GripTester. O trabalho realizado consistiu principalmente na análise de valores do coeficiente de atrito da camada de desgaste medidos no pavimento de um aeródromo, por três equipamentos GripTester, através de um ensaio de comparação interlaboratorial que foi organizado especificamente no âmbito desta dissertação. O trabalho desenvolvido permitiu concluir que foi importante desenvolver este estudo comparativo. Com efeito, a análise dos resultados do ensaio de comparação interlaboratorial mostrou que há diferenças no desempenho dos equipamentos participantes, que interessa aprofundar em estudos comparativos futuros.

Desenvolvimento do sistema de tracção de um veículo eléctrico ecológico com travagem regenerativa

Nesta dissertação descreve-se uma metodologia de dimensionamento do sistema de tracção para equipar um veículo eléctrico ecológico (VEECO) com inclusão de um sistema de travagem regenerativa. Apresenta-se uma perspectiva geral de diversas topologias de sistemas de tracção utilizadas nos veículos eléctricos e realiza-se a sua comparação através do estudo e análise dos acionamentos electromecânicos que podem ser utilizados nesses sistemas de tracção eléctrica. Utilizando ferramentas de simulação numérica, estuda-se o modelo matemático de um veículo eléctrico com travagem regenerativa. A partir deste modelo matemático é adoptado uma possível configuração para o seu sistema de tracção eléctrica e são obtidas características teóricas de desempenho do veículo eléctrico, através da análise de testes padrão ao veículo. Em banco de ensaios, constrói-se um sistema de tracção eléctrica que permite a validação experimental do modelo matemático do veículo eléctrico. Para a construção deste banco de ensaios foram concebidos os sistemas de tracção eléctrica, de carga mecânica e de controlo e monitorização do banco de ensaios. A validação experimental realiza-se através dos mesmos testes padrão ao veículo eléctrico, como o teste NEDC (New European Driving Cycle), o teste de aceleração entre 0 e 100km/h e o teste de gradeabilidade. Desenvolve-se o dimensionamento do sistema de tracção eléctrica a equipar o VEECO, através da componente de modelação paramétrica do modelo matemático do veículo eléctrico. Com esta metodologia é adoptado um conjunto de variáveis paramétricas relacionadas com os elementos que constituem o sistema de tracção eléctrica do VEECO. Estuda-se a influência destas variáveis paramétricas nas características de desempenho pretendidas para o VEECO. Como resultado da análise de modelação paramétrica é apresentada uma solução para o sistema de tracção eléctrica do VEECO que cumpre a execução do NEDC, apresenta um tempo de aceleração entre 0 e 100km/h inferior a 10 segundos, supera uma gradeabilidade de 10% e uma autonomia de 200 km. O sistema de tracção do VEECO também permite realizar a travagem regenerativa com rendimento até 33%. Possui controlo de tracção e anti bloqueio da roda motora, através de uma unidade de controlo que permite reduzir a potência transmitida ao veio, quando a velocidade da roda de tracção difere do valor de referência da velocidade do veículo. Os conhecimentos adquiridos através do processo de investigação e desenvolvimento, para a realização da presente dissertação permitem apresentar perspectivas de desenvolvimento futuro com aplicação nos sistemas de tracção de veículos eléctricos rodoviários.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Paleomagnetic study of the Great Foum Zguid dyke (southern Morocco): A positive contact test related to metasomatic processes

When a paleomagnetic pole is sought for in an igneous body, the host rocks should be subjected to a contact test to assure that the determined paleopole has the age of the intrusion. If the contact test is positive, it precludes the possibility that the measured magnetization is a later effect. Therefore, we investigated the variations of the remanent magnetization along cross-sections of rocks hosting the Foum Zguid dyke (southern Morocco) and the dyke itself. A positive contact test was obtained, but it is mainly related with Chemical/Crystalline Remanent Magnetization due to metasomatic processes in the host-rocks during magma intrusion and cooling, and not only with Thermo-Remanent Magnetization as ordinarily assumed in standard studies. Paleomagnetic data obtained within the dyke then reflect the Earth magnetic field during emplacement of this well-dated (196.9 +/- 1.8 Ma) intrusion.

Development of an in situ penetration test for the uptake of preservatives in applied wood

This paper concerns the study of biocides application in old timber structures of maritime pine (Pinus pinaster Ail.), previously impregnated with other products. A method was developed in laboratory to determine in situ the penetration depth of a product applied superficially. As initial treatment, three traditional products for sawn timber for buildings were used and, for new treatments, two newer, more environmentally benign products were used. Their ability to penetrate the pre-treated surfaces was evaluated after 1, 2 and 3 applications at 24 hours intervals and the results obtained are presented. Finally, the applicability of the developed test to the in-situ evaluation of timber structures is also discussed.

Força de preensão – Análise de concordância entre dois dinamómetros: JAMAR vs E‑Link

Introdução – Avaliar a força de preensão mostrou ser de primordial importância pela sua relação com a capacidade funcional dos indivíduos, permitindo determinar níveis de risco para incapacidade futura e, assim, estabelecer estratégias de prevenção. Grande parte dos estudos utiliza o dinamómetro hidráulico JAMAR que fornece o valor da força isométrica obtida durante a execução do movimento de preensão palmar. Contudo, existem outros dinamómetros disponíveis, como é o caso do dinamómetro portátil computorizado E‑Link (Biometrics) que fornece o valor da força máxima (peak force), para além de outras variáveis, como a taxa de fadiga. Não existem, contudo, estudos que nos permitam aceitar e comparar ou não os valores obtidos com os dois equipamentos e porventura utilizá‑los indistintamente. Objetivos – Avaliar a concordância entre as medições da força de preensão (força máxima ou peak force em Kg) obtida a partir de dois equipamentos diferentes (dinamómetros portáteis): um computorizado (E‑Link, Biometrics) e outro hidráulico (JAMAR). Metodologia – Foram avaliados 29 indivíduos (13H; 16M; 22±7 anos; 23,2±3,3 kg/m2) em 2 dias consecutivos, na mesma altura do dia. A posição de teste escolhida foi a recomendada pela Associação Americana de Terapeutas Ocupacionais e foi escolhido o melhor resultado de entre 3 tentativas para a mão dominante. Realizou‑se uma análise correlacional entre os valores obtidos na variável analisada em cada equipamento (coeficiente de Spearman) e uma análise de Bland & Altman para verificar a concordância entre as duas medições. Resultados – O coeficiente de correlação entre as duas medições foi elevado (rS= 0,956; p<0,001) e, pela análise de Bland & Altman, os valores obtidos encontram‑se todos dentro do intervalo da média±2SD. Conclusões – As duas medições mostraram ser concordantes, revelando que os dinamómetros testados podem ser comparáveis ou utilizados indistintamente em diferentes estudos e populações. ABSTRACT: Introduction – Assess grip strength has proved to be of vital importance because of its relationship with functional capacity of individuals, in order to determine levels of risk for future disability and thereby establish prevention strategies. Most studies use the JAMAR Hydraulic dynamometer that provides the value of isometric force obtained during the performance of grip movement. However, there are other dynamometers available, such as portable computerized dynamometer E‑Link (Biometrics), which provides the value of maximum force (peak force) in addition to other variables as the rate of fatigue. There are no studies that allow us to accept or not and compare values obtained with both devices and perhaps use them interchangeably. Purpose – To evaluate the agreement between the measurements of grip strength (peak force or maximum force in kg) obtained from two different devices (portable dynamometers): a computerized (E‑Link, Biometrics) and a hydraulic (JAMAR). Methodology – 29 subjects (13H, 16M, 22 ± 7 years, 23.2 ± 3.3 kg/m2) were assessed on two consecutive days at the same time of day. The test position chosen was recommended by the American Association of Occupational Therapists and was considered the best result from three attempts for the dominant hand. A correlation was studied between values obtained in the variable analyzed in each equipment (Spearman coefficient) and Bland‑Altman analysis to assess the agreement between the two measurements. Results – The correlation coefficient between the two measurements was high (rs = 0,956, p <0,001) and Bland & Altman analysis of the values obtained are all within the range of mean±2SD. Conclusions – The two measurements were shown to be concordant, revealing that the tested dynamometers can be comparable or used interchangeably in different studies and populations.

Dispositional optimism is unidimensional or bidimensional? The Portuguese Revised Life Orientation Test

The aim of the study is to adapt and then discuss the appropriateness of the Life Orientation Test as a one or two dimension scale. The research includes two studies; one is composed of a sequential sample of 280 people with multiple sclerosis, 71% female, and another includes a convenience sample of 615 individuals from the community, 51.1% female. Because the construct is built upon a theoretical assumption that has one dimension, we examine the hypothesis of one or two factor solutions through confirmatory factor analysis, and the two-dimension solution premise demonstrates better adjustment for both samples. The other psychometric properties explored show appropriate results for the Portuguese sample, and similar to the original ones; the Test therefore seems appropriate for use in cross cultural studies. Based on our results, we discuss whether the questionnaire is a one or two dimension instrument, concluding that it appears appropriate to accept the recommendations of the original authors to use it as a one-dimensional tool and, when necessary, to use both dimensions. - RESUMO: El objetivo del estudio es adaptar y discutir la adecuación de la prueba de Orientación de la Vida en una o dos escalas de dimensión. La investigación engloba dos estudios, uno constituido por una muestra secuencial de 280 personas con esclerosis múltiple, 71% mujeres y otro con una muestra de conveniencia de la comunidad de 615 individuos, 51,1% del sexo femenino. Como el constructo se asienta sobre la presunción teórica de que tiene una dimensión, inspeccionamos la hipótesis de una o dos soluciones de factor a través del análisis factorial confirmatorio y la hipótesis de dos dimensiones manifiesta un mejor ajuste para ambas muestras. Las otras propiedades psicométricas exploradas muestran los resultados apropiados para la muestra portuguesa, y semejantes a los originales. Parece apropiado para los estudios culturales transversales. Basándonos en nuestros resultados, discutimos si el cuestionario es un instrumento de una o dos dimensiones, concluyéndose que parece conveniente seguir las recomendaciones de los autores originales, para utilizarlo como un instrumento unidimensional y, si fuera necesario necesario, utilizar cada una de las dimensiones.

Design of a new test chamber for evaluation of the toxicity of rubber infill

A test chamber was projected and built (according to ISO 16000-9 Standard) to simulate atmospheric conditions experienced by rubber infill (when applied in synthetic turf pitches) and measure accurately the airborne emissions of pollutants such as dusts and volatile organic compounds (VOC), as well as pollutants present in leachates. It should be pointed out that standard ISO 16000-9 is only concerned with the determination of the emission of VOC from building products and furnishing (not specific of synthetic turf materials), whereas other standards are concerned with the emission of leachates only. This procedure is to be considered as a technical option to the lysimeter "global turf system evaluation" when the rubber infill alone is to be evaluated. The advantage of the proposed option considering this "test chamber" is its simplicity and economy. This test chamber is actually installed and being used for tests in LAIST.