Desenvolvimento de estruturas porosas tridimensionais por moldação por congelamento (Freeze-Casting)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Aplicação do desenho de experiências na optimização da quantificação de isocianatos livres em materiais em contacto com alimentos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Espectroscopia óptica de emissão em plasmas frios aplicados à produção de materiais nanoestruturados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

Remoção de compostos farmacêuticos de águas residuais por carvões activados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia química e bioquímica

Reologia de materiais compósitos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Materiais

Conceitos de viscoelasticidade na modelação da fluência em estruturas mistas aço-betão

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas

Deteção e localização de dano em estruturas

A deteção de dano em estruturas é um problema que tem preocupado a comunidade científica nas últimas décadas. O grande objetivo das metodologias desenvolvidas até à data é a deteção do dano numa fase tão precoce quanto possível, evitando a existência de danos materiais e humanos e a possibilidade de falha catastrófica das estruturas. Quando se fala de dano surgem cinco questões muito importantes que importa responder, (i) Existe dano? (Deteção), (ii) Onde está o dano? (Localização); (iii) Quanto e quão grave é o dano? (Quantificação), (iv) Que tipo de dano existe? (Classificação), e (v) Quanto tempo vai permanecer a estrutura operacional? (Previsão). Neste trabalho pretende-se implementar vários métodos de deteção e localização de dano (desenvolvidos por diversos autores) e aferir sobre a sua eficiência e robustez quando são utilizados dados obtidos quer pela via numérica quer pela via experimental. Por forma a tornar comparável os dados obtidos pelas duas vias, foi realizado um estudo numérico do efeito do ruído na eficiência dos vários métodos de deteção e localização do dano e desenvolvida uma nova abordagem que diminua as consequências do mesmo. Foi ainda estudada a influência da gama de frequências utilizada, bem como o estudo do efeito da localização das forças aplicadas na análise do dano. Para este último foram realizados diversos testes onde os indicadores foram submetidos a diferentes casos de excitação.

Otimização da implementação em GPUs de um algoritmo de simulação de materiais granulares

As simulações que pretendam modelar fenómenos reais com grande precisão em tempo útil exigem enormes quantidades de recursos computacionais, sejam estes de processamento, de memória, ou comunicação. Se até há pouco tempo estas capacidades estavam confinadas a grandes supercomputadores, com o advento dos processadores multicore e GPUs manycore os recursos necessários para este tipo de problemas estão agora acessíveis a preços razoáveis não só a investigadores como aos utilizadores em geral. O presente trabalho está focado na otimização de uma aplicação que simula o comportamento dinâmico de materiais granulares secos, um problema do âmbito da Engenharia Civil, mais especificamente na área da Geotecnia, na qual estas simulações permitem por exemplo investigar a deslocação de grandes massas sólidas provocadas pelo colapso de taludes. Assim, tem havido interesse em abordar esta temática e produzir simulações representativas de situações reais, nomeadamente por parte do CGSE (Australian Research Council Centre of Excellence for Geotechnical Science and Engineering) da Universidade de Newcastle em colaboração com um membro da UNIC (Centro de Investigação em Estruturas de Construção da FCT/UNL) que tem vindo a desenvolver a sua própria linha de investigação, que se materializou na implementação, em CUDA, de um algoritmo para GPUs que possibilita simulações de sistemas com um elevado número de partículas. O trabalho apresentado consiste na otimização, assente na premissa da não alteração (ou alteração mínima) do código original, da supracitada implementação, de forma a obter melhorias significativas tanto no tempo global de execução da aplicação, como no aumento do número de partículas a simular. Ao mesmo tempo, valida-se a formulação proposta ao conseguir simulações que refletem, com grande precisão, os fenómenos físicos. Com as otimizações realizadas, conseguiu-se obter uma redução de cerca de 30% do tempo inicial cumprindo com os requisitos de correção e precisão necessários.

Comportamento da ligação CFRP/betão em estruturas de betão armado

O presente trabalho centra-se no estudo de um sistema de reforço de estruturas de betão armado que se tem tornado bastante utilizado, o reforço com materiais compósitos. Os materiais compósitos utilizados neste estudo são polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). A ligação deste compósito aos elementos de betão é feita através de resina, neste caso utilizou-se resina epoxídica. Neste sistema de reforço é fulcral garantir que a ligação entre o compósito e o betão é a melhor possível e, por isso, no presente estudo estudou-se esta ligação através de ensaios experimentais de corte simples. Com o intuito de se perceber a influência do comprimento de laminado de CFRP colado ao substrato de betão, foram utilizados diferentes comprimentos colados nos ensaios experimentais. Utilizaram-se duas técnicas de reforço distintas, reforço com compósitos de CFRP colados exteriormente (EBR) e reforço com compósitos de CFRP colados numa ranhura feita no bloco de betão (NSM), com o intuito de se verificar a influência que a técnica de reforço pode ter na eficácia do sistema de reforço, percebendo para qual das técnicas se consegue obter uma melhor aderência entre o laminado de CFRP e o substrato de betão. Foram realizados 11 ensaios de corte simples para a técnica EBR e 8 ensaios de corte simples para a técnica NSM. Neste estudo foi também encontrada uma solução analítica que consegue descrever o comportamento completo da interface entre o material compósito e o substrato de betão. Esta solução analítica foi encontrada a partir de um modelo bond-slip não-linear. Os resultados experimentais obtidos foram analisados e o modelo analítico proposto foi validado com recurso a estudos presentes na literatura e aos resultados experimentais obtidos no presente estudo.

Modelação dos efeitos da corrosão localizada em estruturas de betão armado

O presente trabalho incide sobre o estudo e impacto da corrosão local no comportamento sísmico de estruturas de betão armado, considerando o comportamento não linear dos materiais. A motivação para a realização desta dissertação surge da necessidade de prever a resposta de elementos estruturais de betão armado corroídos e avaliar a segurança dos mesmos em relação a esta condicionante. Esta motivação é acrescida dada a localização do território português numa região de relevante atividade sísmica e exposição a ambientes salinos. A introdução de corrosão local nas armaduras de estruturas de betão armado proporciona uma diminuição substancial da tensão de cedência, e reduções elevadas da tensão e extensão últimas nos varões de aço. Esta alteração de propriedades origina uma alteração no comportamento do aço de dúctil para frágil. Para além do estudo individual de comportamento dos varões face a esta condicionante é também prevista a resposta global dos elementos estruturais de estruturas de betão armado. Neste trabalho foram realizadas duas análises numéricas distintas, recorrendo aos programas de cálculo ATENA e SeismoStruct, em pilares e pórticos de betão armado, no qual as suas armaduras longitudinais e transversais apresentam perdas de seção local de 0, 10 e 20%. As diversas metodologias adotadas na modelação material e estrutural foram ensaiadas e fundamentadas em função de resultados experimentais e numéricos obtidos por outros autores. Tendo por base os resultados obtidos dos modelos numéricos, as estruturas de betão armado foram classificadas em níveis de desempenho e dano estrutural de acordo com a percentagem de corrosão local. Para as perdas de seção analisadas, os resultados demonstraram perda na capacidade resistente das estruturas de betão armado e diminuição da ductilidade, salientando-se as perdas de seção de 20% por originarem uma rotura frágil e prematura dos elementos estruturais.

Reforço de elementos estruturais de madeira com materiais compósitos de matriz polimérica

A necessidade de manutenção e reabilitação de estruturas de madeira antigas é, nos dias de hoje, um aspeto bastante importante a nível mundial. Assim, o estudo da eficácia de alguns sistemas de reforço torna-se fulcral. A presente dissertação é um estudo experimental sobre reforço de estruturas de madeira com materiais compósitos. Os materiais compósitos utilizados na componente experimental foram polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer) e estes foram colados ao substrato de madeira com resina epoxídica. O estudo experimental foi composto por duas fases. Na primeira fase realizaram-se ensaios de corte simples e na segunda fase ensaios de flexão. Os ensaios de corte simples foram realizados de modo a estudar a ligação CFRP-madeira e a analisar a influência do comprimento colado de CFRP ao substrato de madeira. Para tal, utilizaram-se duas técnicas de reforço, a técnica EBR (Externally Bonded Reinforcement) em que os laminados de CFRP são colados exteriormente e a técnica NSM (Near Surface Mounted) em que os laminados de CFRP são colados numa ranhura feita no provete de madeira. Foram realizados 17 ensaios de corte simples, 10 com a técnica EBR e 7 com a técnica NSM. Na segunda fase, foram realizados 3 ensaios de flexão sobre pavimentos de madeira reforçados com laminados de CFRP. Para estes ensaios também se utilizaram duas técnicas de reforço, a técnica EBR e uma técnica em que o laminado de FRP é ancorado nas extremidades das vigas. Numa fase final os resultados foram analisados e comparados de modo a tirar conclusões. Concluíu-se que a técnica de reforço NSM apresenta um desempenho superior à técnica EBR nos ensaios de corte simples. Comparativamente à técnica EBR, os pavimentos de madeira com o laminado de CFRP ancorado nas extremidades das vigas apresentaram um melhor desempenho.

Revestimento de superfícies metálicas com TiN e AIN produzidos com plasma magnetrão

Este trabalho visa a obtenção e o estudo das características dos revestimentos de AlN e TiN em substratos metálicos, produzidos por pulverização catódica em plasma magnetrão, num equipamento com cátodo oco, desenvolvido no LEF do CEFITEC. Este equipamento foi adaptado para o presente trabalho, através de alguns elementos adicionais, designadamente de um porta-amostras que permitiu o revestimento de provetes em lotes. Deste estudo conclui-se que a aplicação de uma tensão de “bias” na amostra altera a morfologia dos revestimentos e as características dos materiais que constituem o filme, não só no que diz respeito à sua composição, como também proporciona estruturas mais densas e com menos porosidade. As tensões de “bias” típicas foram de –100 V no caso de AlN e de –75 V e com uma potência de 2,0 kW no cátodo no caso de TiN. Neste último foi considerado apenas o objectivo da obtenção da fase d, de estrutura CFC (cor dourada), por ser a única de interesse industrial. Por difracção de raios x verificou-se a obtenção de TiN e TiN0,9 com as características pretendidas. Também se verificou que as tensões residuais dos filmes são de compressão e isotrópicas.

Teoria básica das estruturas conceptuais

As Estruturas Conceptuais são um formalismo de representação de conhecimentos baseado em grafos, os chamados grafos conceptuais. A teoria foi inicialmente desenvolvida por John Sowa há dez anos. desde então, uma comunidade científica cada vez mais ampla tem-na utilizado em muitas áreas de aplicação e propôs várias alterações à teoria original. Também está em desenvolvimento uma implementação estado-da-arte gratuita e, além disso, os grafos conceptuais foram adoptados num padrão ANSI em preparação. Apesar desta actividade não existe de facto uma definição formal, completa, consistente e revista da Teoria das Estruturas Conceptuais. Esta dissertação vem contribuir para essa definição ao estender, refinar e clarificar as noções básicas da teoria. A clarificação dos grafos conceptuais em * grafos sintacticamente correctos, * grafos bem tipados, * grafos ontologicamente correctos, chamados grafos canónicos, * e grafos verdadeiros é a base da clarificação do significado das várias noções e serve de guia às extensões e aos refinamentos introduzidos. As principais extensões foram feitas no sistema de tipos e no esquema de dependências entre vértices de grafos, e o refinamento de quase todos os aspectos da teoria - em particular das regras de formação de grafos canónicos e de regras de inferência para os grafos verdadeiros - inclui o tratamento formal de algumas propostas informais de outros autores.

Contributo para a avaliação da ecocompatibilidade de novos materiais para a construção civil

No âmbito da avaliação da ecocompatibilidade de novos materiais para a construção civil, foram realizados diversos estudos, destinados à avaliação dos potenciais tóxicos e ecotóxicos desses materiais. Estes estudos foram enquadrados pelo projecto europeu VALOMAT, o qual foi financiado pela Comissão Europeia, através do programa Brite-Euram III. Os novos materiais, desenvolvidos pela empresa Inertec, basearam-se na valorização de escórias de centrais de incineração de RSU e destinaram-se a duas aplicações distintas: a) Enchimento de minas ou pedreiras abandonadas ou em fim de vida; b) Construções, no sub-solo, de paredes diafragma. Os estudos realizados, no âmbito da presente dissertação, foram efectuados em cinco fases distintas. Na primeira fase, procedeu-se ao estudo das propriedades químicas e ecotoxicológicas intrínsecas de seis amostras de escórias brutas. Utilizou-se o ensaio de lixiviação descrito na norma europeia EN 12457-2. Os lixiviados produzidos foram caracterizados recorrendo a 21 parâmetros químicos e quatro indicadores biológicos. Os resultados obtidos permitiram verificar que as escórias apresentaram níveis tóxicos e ecotóxicos muito diferenciados. A ordenação dos níveis tóxicos e ecotóxicos, por recurso a um índice químico e a um índice ecotoxicológico, e a sua integração num sistema de critérios múltiplos de decisão permitiram seleccionar cinco amostras de escórias como as mais adequadas para o desenvolvimento dos novos materiais.Na segunda fase do trabalho, procedeu-se à avaliação dos potenciais tóxicos e ecotóxicos intrínsecos de 14 materiais monolíticos, desenvolvidos pela empresa Inertec. Os materiais foram submetidos a um processo de segmentação prévio (dimensão das partículas: <4 mm). Posteriormente, foram submetidos ao ensaio de lixiviação descrito na norma europeia EN 12457-2. Os lixiviados foram caracterizados de modo semelhante ao que foi indicado para as escórias brutas. Os resultados obtidos indicaram que os níveis tóxicos e ecotóxicos dos materiais destinados ao enchimento de antigas minas ou pedreiras foram superiores aos determinados para os materiais destinados à construção de paredes diafragma. Com base nos índices químico e ecotoxicológico, foi possível ordenar as amostras dos materiais, em função dos níveis tóxicos e ecotóxicos crescentes. A integração destes resultados num sistema de critérios múltiplos de decisão permitiu seleccionar seis formulações como as mais adequadas para as duas aplicações acima referidas. A terceira fase dos estudos teve como objectivo a avaliação dos potenciais tóxicos e ecotóxicos dos materiais seleccionadas na fase anterior, sem alteração prévia das suas matrizes monolíticas. Para o efeito utilizou-se o ensaio de lixiviação descrito na norma francesa NF X31-211. Os resultados obtidos permitiram concluir que os níveis de emissão de substâncias químicas e os níveis de ecotoxicidade dos novos materiais foram inferiores aos determinados na avaliação dos potenciais tóxico e ecotóxico intrínsecos. Os materiais foram classificados como quimicamente estáveis. Os diferentes níveis tóxicos e ecotóxicos destes materiais permitiram seleccionar três formulações para os ensaios seguintes. A quarta fase envolveu o estudo do comportamento químico dos novos materiais, sob condições de actividade microbiológica induzida no agente lixiviante (ensaio de biolixiviação). Foi desenvolvida uma nova metodologia para o ensaio de biolixiviação, tendo por base alguns trabalhos de biodeterioração, biolixiviação e biodegradação, realizados por outras equipas. Os resultados obtidos permitiram concluir que o comportamento químico dos novos materiais não foi alterado por acção da actividade microbiológica. Na última fase do trabalho, procedeu-se ao estudo dos potenciais tóxico e ecotóxico dos novos materiais, em ensaios de lixiviação de longo prazo, sob três cenários diferentes de exposição ambiental (norma europeia ENV 12920). Foram construídos dez pilotos experimentais, à escala laboratorial, que foram operados sob condições diferentes, em função dos cenários de exposição ambiental. Ao longo do tempo de ensaio, os lixiviados dos pilotos foram recolhidos e analisados sob o ponto de vista químico e ecotoxicológico. Os níveis tóxicos e ecotóxicos dos lixiviados dos novos materiais foram relativamente reduzidos e diferenciados, para cada um dos materiais e para cada cenário de exposição.