Empirical models for quantification of machining damage in composite materials

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Mecânica

Image processing methodology for assessment of drilling induced damage in CFRP

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

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.

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.

Performance assessment of waste fibre-reinforced mortar

Materials Science Forum Vols. 730-732 (2013) pp 617-622

Vigas de GFRP reforçadas com ligas de memória de forma

Os materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP – Fiber Reinforced Polymer) apresentam grande potencial de aplicações na Engenharia Civil. A sua utilização aumentou consideravelmente nas duas últimas décadas, em virtude das vantagens em relação aos materiais tradicionais, como a leveza, elevada resistência e boas propriedades de isolamento. Todavia, o conhecimento e investigação a cerca destes materiais compósitos é insuficiente, limitando as suas aplicações práticas. A perda das propriedades exibidas por este tipo de materiais, quando sujeitos a temperaturas próximas da temperatura de transição vítrea (

Strengthening to seismic action of reinforced columns with rectangular cross-section

The first part of this research work regards the assessment of the mathematical modelling of reinforced concrete columns confined with carbon fibre (CFRP) sheets under axial loading. The purpose was to evaluate existing analytical models, contribute to possible improvements and choose the best model(s) to be part of a new model for the prediction of the behaviour of confined columns under bending and compression. For circular columns, a wide group of authors have proposed several models specific for FRP-confined concrete. The analysis of some of the existing models was carried out by comparing these with several tested columns. Although several models predict fairly the peak load only few can properly estimate the load-strain and dilation behaviour of the columns. Square columns confined with CFRP show a more complex interpretation of their behaviour. Accordingly, the analysis of two experimental programs was carried out to propose new modelling equations for the whole behaviour of columns. The modelling results show that the analytical curves are in general agreement with the presented experimental curves for a wide range of dimensions. An analysis similar to the one done for circular columns was this turn carried out for square columns. Few models can fairly estimate the whole behaviour of the columns and with less accuracy at all levels when compared with circular columns. The second part of this study includes seven experimental tests carried out on reinforced concrete rectangular columns with rounded corners, different damage condition and with confinement and longitudinal strengthening systems. It was concluded that the use of CFRP confinement is viable and of effective performance enhancement alone and combined with other techniques, maintaining a good ductile behaviour for established threshold displacements. As regards the use of external longitudinal strengthening combined with CFRP confinement, this system is effective for the performance enhancement and viable in terms of execution. The load capacity was increased significantly, preserving also in this case a good ductile behaviour for threshold displacements. As to the numerical nonlinear modelling of the tested columns, the results show a variation of the peak load of 1% to 10% compared with tests results. The good results are partly due to the inclusion of the concrete constitutive model by Mander et al. modified by Faustino, Chastre & Paula taking into account the confinement effect. Despite the reasonable approximation to tests results, the modelling results showed higher unloading, which leads to an overestimate dissipated energy and residualdisplacement.