Comportamento à fadiga de juntas soldadas de aços tipo 460M com fios fluxados

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

Development of an injectable grout for concrete repair and strengthening

This paper deals with the coupled effect of temperature and silica fume addition on rheological, mechanical behaviour and porosity of grouts based on CEMI 42.5R, proportioned with a polycarboxylate-based high range water reducer. Preliminary tests were conducted to focus on the grout best able to fill a fibrous network since the goal of this study was to develop an optimized grout able to be injected in a mat of steel fibers for concrete strengthening. The grout composition was developed based on criteria for fresh state and hardened state properties. For a CEMI 42.5R based grout different high range water reducer dosages (0%, 0.2%, 0.4%, 0.5%, 0.7%) and silica fume (SF) dosages (0%, 2%, 4%) were tested (as replacement of cement by mass). Rheological measurements were used to investigate the effect of polycarboxylates (PCEs) and SF dosage on grout properties, particularly its workability loss, as the mix was to be injected in a matrix of steel fibers for concrete jacketing. The workability behaviour was characterized by the rheological parameters yield stress and plastic viscosity (for different grout temperatures and resting times), as well as the procedures of mini slump cone and funnel flow time. Then, further development focused only on the best grout compositions. The cement substitution by 2% of SF exhibited the best overall behaviour and was considered as the most promising compared to the others compositions tested. Concerning the fresh state analysis, a significant workability loss was detected if grout temperature increased above 35 degrees C. Below this temperature the grout presented a self-levelling behaviour and a life time equal to 45 min. In the hardened state, silica fumes increased not only the grout's porosity but also the grout's compressive strength at later ages, since the pozzolanic contribution to the compressive strength does not occur until 28 d and beyond. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Preliminary design of a prestressed concrete viaduct

O presente Trabalho Final de Mestrado consiste na elaboração de um Estudo Prévio de um viaduto rodoviário, em betão armado pré-esforçado. O viaduto, com tabuleiro em laje vigada, é constituído por 10 tramos, prevendo-se que seja construído tramo a tramo, com juntas de betonagem a quintos de vão. A plataforma do viaduto é constituída por duas vias de tráfego com 3.5m cada, duas bermas de 1.00 m e dois passeios laterais com 1.10 m cada, perfazendo uma largura total de 11.20. O viaduto localiza-se em Polónia e foi dimensionado de acordo com os Eurocódigos e os Anexos Nacionais desse país.

Durability performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates

Fine recycled aggregates are seen as the last choice in recycling for concrete production. Many references quote their detrimental influence on the most important characteristics of concrete: compressive and tensile strength; modulus of elasticity; water absorption; shrinkage: carbonation and chloride penetration. These two last characteristics are fundamental in terms of the long-term durability of reinforced or prestressed concrete. In the experimental research carried out at IST, part of which has already been published, different concrete mixes (with increasing rates of substitution of fine natural aggregates sand - with fine recycled aggregates from crushed concrete) were prepared and tested. The results were then compared with those for a reference concrete with exactly the same composition and grading curve, but with no recycled aggregates. This paper presents the main results of this research for water absorption by immersion and capillarity, chloride penetration (by means of the chloride migration coefficient), and carbonation resistance, drawing some conclusions on the feasibility of using this type of aggregate in structural concrete, while taking into account any ensuing obvious positive environmental impact.

Environmental life cycle assessment of concrete made with fine recycled concrete aggregates

The majority of worldwide structures use concrete as its main material. This happens because concrete is economically feasible, due to its undemanding production technology and case Of use. However, it is widely recognized that concrete production has a strong environmental impact in the planet. Natural aggregates use is one of the most important problems of concrete production nowadays, since they are obtained from limited, and in some countries scarce, resources. In Portugal, although there are enough stone quarries to cover coarse aggregates needs for several more years, Supplies of fine aggregates are becoming scarcer, especially in the northern part of the country. On the other hand, as concrete structures' life cycle comes to an end, an urgent need emerges to establish technically and economically viable solutions for demolition debris, other than for use as road base and quarry fill. This paper presents a partial life cycle assessment (LCA) of concrete made with fine recycled concrete aggregates performed with EcoConcrete tool. EcoConcrete is a tailor-made, interactive, learning and communications tool promoted by the Joint Project Group (JPG) on the LCA of concrete, to qualify and quantify the overall environment impact of concrete products. It consists of an interactive Excel-spreadsheet in which several environmental inputs (material quantities, distances from origin to production Site, production processes) and outputs (material, energy, emissions to air, water, soil or waste) are collected in a life cycle inventory, and are then processed to determine the environmental impact (assessment) of the analysed concrete, in terms of ozone layer depletion, smog or "greenhouse" effect.

Development of membranes for purification of liquid effluents from stainless steel pickling

Este trabalho foi desenvolvido no âmbito de um projecto europeu intitulado: “Operational demonstration of innovative and sustainable nitrate elimination in stainless steel pickling by higher power biological denitrification technique” Projecto RESP-CT-2007-00047, tendo em vista o desenvolvimento de membranas para o tratamento de efluente resultante da decapagem do aço inox. Numa fase inicial foram desenvolvidas membranas compostas assimétricas pelo método de polimerização interfacial. Estas membranas foram produzidas utilizando uma membrana comercial de suporte em polietersulfona e os filmes selectivos de poliamiada foram formados por reacção entre 1,3,5-tri(clorocarboni)benzeno (TMC) e várias dinaminas: piperazina (PIP), N-(2-aminoetil)-piperazina (EAP), 1,4-bis(3-aminopropil)-piperazina (DAPP), 6-metil-1,3,5 triazina-2,4 diamina (MTC), Isoforodiamina (IPD) e Dietilenetriamina (DET). A elaboração de membranas de TFC (thin film composite) tinha como objectivo a retenção de sais do efluente resultante da decapagem do aço inox. No entanto, chegou-se a conclusão de que o principal problema do efluente não era a retenção dos sais, mas sim a retenção da matéria orgânica. Assim, já não era necessa´ria a produção de membranas compostas, mas apenas uma membrana suporte simples de microfiltração. Numa segunda fase procedeu-se a preparação da membrana suporte pelo método da inversão de fase, tendo-se testado vários tipos de polímeros: PVC (polyvinyl chloride), PEI (Polyetherimide) e um polímero termoplástico geral. A membrana seleccionada foi a de PEI, com base na sua permeabilidade à água destilada e ao efluente resultante das águas residuais da decapagem do aço inox. Todas as membranas elaboradas durante a realização deste trabalho foram testadas na célula de Berghof a uma pressão de 4bar e com agitação. O principal prâmetro estudado foi a permeabilidade da membrana.

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 um passadiço pedonal em estrutura metálica, com fundações em betão armado

A elaboração deste projecto, integrado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado, para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, tem como objectivo o dimensionamento de um passadiço pedonal em estrutura metálica, com fundações em betão armado. Este documento inclui quase todos os elementos necessários ao projecto de execução da referida estrutura. Para o dimensionamento do passadiço pedonal procedeu-se à quantificação das acções e posteriormente à verificação da segurança de todos os elementos estruturais tendo por base os critérios e especificações técnicas preconizados nas Normas Europeias relativas ao projecto estrutural (Eurocódigos estruturais). Tratando-se de um passadiço destinado à circulação de peões e cuja estrutura metálica apresenta um certo grau de flexibilidade devido à esbelteza dos elementos estruturais, esta poderá estar sujeita a acções dinâmicas periódicas provocadas pelas pessoas quando percorrem o passadiço, podendo ocasionar certos níveis de vibração que sob o ponto de vista de segurança estrutural serão pouco relevantes, sendo no entanto excessivos do ponto de vista do conforto humano. Foi por isso efectuado um estudo dinâmico, com o objectivo de caracterizar a resposta dinâmica da estrutura quando solicitada a carregamentos de natureza periódica como é o caso da acção do peão, de modo a garantir que a utilização desta estrutura esteja dentro dos parâmetros de conforto aceitáveis. A modelação da estrutura e consequente discretização geral desta, foi feita recorrendo a programa de elementos finitos, SAP2000, versão 14.0.0. O dimensionamento das ligações constitui outros dos aspectos fundamentais no projecto desta estrutura metálica.

New Steel Alloys for the Design of Heat Recovery Steam Generator Components of Combined Cycle Gas Plants

Demand for power is growing every day, mainly due to emerging economies in countries such as China, Russia, India, and Brazil. During the last 50 years steam pressure and temperature in power plants have been continuously raised to improve thermal efficiency. Recent efforts to improve efficiency leads to the development of a new generation of heat recovery steam generator, where the Benson once-through technology is applied to improve the thermal efficiency. The main purpose of this paper is to analyze the mechanical behavior of a high pressure superheater manifold by applying finite element modeling and a finite element analysis with the objective of analyzing stress propagation, leading to the study of damage mechanism, e.g., uniaxial fatigue, uniaxial creep for life prediction. The objective of this paper is also to analyze the mechanical properties of the new high temperature resistant materials in the market such as 2Cr Bainitic steels (T/P23 and T/P24) and also the 9-12Cr Martensitic steels (T/P91, T/P92, E911, and P/T122). For this study the design rules for construction of power boilers to define the geometry of the HPSH manifold were applied.

Viability of Two New Mixture Design Methodologies for Self-Consolidating Concrete

This paper presents the results from an experimental study of the technical viability of two mixture designs for self-consolidating concrete (SCC) proposed by two Portuguese researchers in a previous work. The objective was to find the best method to provide the required characteristics of SCC in fresh and hardened states without having to experiment with a large number of mixtures. Five SCC mixtures, each with a volume of 25 L (6.61 gal.) were prepared using a forced mixer with a vertical axis for each of three compressive strength targets: 40, 55, and 70 MPa (5.80, 7.98, and 10.15 ksi). The mixtures' fresh state properties of fluidity, segregation resistance ability, and bleeding and blockage tendency, and their hardened state property of compressive strength were compared. For this study, the following tests were performed. slump-flow, V-funnel, L-box, box, and compressive strength. The results of this study made it possible to identify the most influential factors in the design of the SCC mixtures.

A utilização da madeira na construção de edifícios: alternativas às soluções tradicionais

Esta dissertação insere-se num projecto de investigação relacionado com o papel que a madeira apresenta na construção nos tempos de hoje, necessário para obtenção do Mestrado em Engenharia Civil. A madeira apresenta, enquanto material de construção, especificidades únicas: é um material orgânico, ao contrário da pedra, do aço e do betão; é um material combustível, sem que isto implique necessariamente uma baixa resistência ao fogo; é um material tradicional, presente em pavimentos e coberturas de edifícios antigos e é, paradoxalmente, um material novo, adoptado em arrojadas obras de arquitectura contemporânea. Estas características, associadas à necessidade de garantir a sustentabilidade da construção e de conservar e reabilitar o património edificado, tornam essencial o estudo das propriedades mecânicas do material, dos seus processos de degradação química e biológica, dos meios de protecção e do comportamento de elementos estruturais ao fogo. As estruturas em madeira têm tido uma procura crescente no nosso país, revelando-se uma opção interessante, como alternativa a estruturas de aço ou de betão. No entanto, por configurarem ainda soluções estruturais, materiais e processos construtivos pouco comuns entre nós, considera-se que não estão suficientemente divulgados os instrumentos de que podemos e devemos dispor para a garantia da qualidade destas estruturas. É apresentado um estudo de viabilidade económica no âmbito do nosso país, comparando casas em madeira, modulares pré-fabricadas, com casas cuja construção é feita em alvenaria e betão armado, de forma a poder comparar os custos para ambas as soluções construtivas. Para tal, foram realizadas visitas a empresas, fábricas e a obras com o objectivo de entender como funciona o processo de fabrico de uma casa pré-fabricada em madeira.

Fabrication of Three-Dimensional Dendritic Ni-Co Films By Electrodeposition on Stainless Steel Substrates

Co-deposition of nickel and cobalt was carried out on austenitic stainless steel (AISI 304) substrates by imposing a square waveform current in the cathodic region. The innovative procedure applied in this work allows creating a stable, fully developed, and open porous three-dimensional (3D) dendritic structure, which can be used as electrode for redox supercapacitors. This study investigates in detail the influence of the applied current density on the morphology, mass, and chemical composition of the deposited Ni-Co films and the resulting 3D porous network dendritic structure. The morphology and the physicochemical composition were studied by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (W). The electrochemical behavior of the materials was evaluated by cyclic voltammetry (CV). The results highlight the mechanism involved in the coelectrodeposition process and how the lower limit current density tailors the film composition and morphology, as well as its electrochemical activity.

The influence of curing conditions on the mechanical performance of concrete made with recycled concrete waste

Research on the use of Construction and Demolition Waste (CDW) as recycled aggregate (in particular crushed concrete) for the production of new concrete has by now established the feasibility of this environmentally-friendly use of otherwise harmful waste. However, contrary to conventional concrete (CC), no large applications of concrete made with recycled concrete have been made and there is still a lack of knowledge in some areas of production and performance of recycled aggregate concrete (RAC). One issue concerns curing conditions: these greatly affect the performance of concrete made on site and some potential users of RAC wonder how RAC is affected by far-from-ideal curing conditions. This paper shows the main results of experiments to determine the influence of different curing conditions on the mechanical performance of concrete made with coarse recycled aggregate from crushed concrete. The properties analyzed include compressive strength, splitting tensile strength, modulus of elasticity, and abrasion resistance. The general conclusion in terms of mechanical performance is that RAC is affected by curing conditions roughly in the same way as CC. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The effect of the angle of incidence on the aqueous corrosion of ion implanted M50 steel substrates

Following work on tantalum and chromium implanted flat M50 steel substrates, this work reports on the electrochemical behaviour of M50 steel implanted with tantalum and chromium and the effect of the angle of incidence. Proposed optimum doses for resistance to chloride attack were based on the interpretation of results obtained during long-term and accelerated electrochemical testing. After dose optimization from the corrosion viewpoint, substrates were implanted at different angles of incidence (15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°) and their susceptibility to localized corrosion assessed using open-circuit measurements, step by step polarization and cyclic voltammetry at several scan rates (5–50 mV s-1). Results showed, for tantalum implanted samples, an ennoblement of the pitting potential of approximately 0.5 V for an angle of incidence of 90°. A retained dose of 5 × 1016 atoms cm-2 was found by depth profiling with Rutherford backscattering spectrometry. The retained dose decreases rapidly with angle of incidence. The breakdown potential varies roughly linearly with the angle of incidence up to 30° falling fast to reach -0.1 V (vs. a saturated calomel electrode (SCE)) for 15°. Chromium was found to behave differently. Maximum corrosion resistance was found for angles of 45°–60° according to current densities and breakdown potentials. Cr+ depth profiles ((p,γ) resonance broadening method), showed that retained doses up to an angle of 60° did not change much from the implanted dose at 90°, 2 × 1017 Cr atoms cm-2. The retained implantation dose for tantalum and chromium was found to follow a (cos θ)8/3 dependence where θ is the angle between the sample normal and the beam direction.

Velocidade da corrosão do aço em argamassas cimentícias modificadas com polímeros

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