Um modelo analítico e computacional para consideração de efeitos de envelhecimento em estruturas de material compósito

Os materiais compósitos reforçados por fibras apresentam vantagens quando comparados aos materiais de construção mais tradicionais como concreto e aço. Por outro lado, devido ao fato destes materiais serem relativamente recentes no mercado, questões a respeito de sua durabilidade são ainda objeto de discussão e faz-se necessária intensa pesquisa sobre o envelhecimento dos compósitos. Como conseqüência, recentemente têm surgido inúmeros trabalhos à respeito da degradação dos compósitos considerando efeitos como temperatura, oxidação, radiação UV, condições de carregamento, etc. A maioria destas pesquisas, no entanto, são realizadas a nível de material e não são diretamente aplicáveis à situações de projeto. Desta forma, existe grande demanda por novos estudos e dados compatíveis com aplicações estruturais. Neste trabalho apresenta-se um modelo analítico-numérico adequado para, interpretação e aplicação destes dados experimentais em análise e projeto de estrutural. A formulação proposta inclui relações constitutivas elásticas anisotrópicas com envelhecimento, relações constitutivas viscoelásticas anisotrópicas com envelhecimento em termos de variáveis de estado, análise de falhas com critério de degradação ajustado à idade do material e considera-se grandes deslocamentos e pequenas deformações. As diferenças essenciais entre os processos de envelhecimento em endurecimento e amolecimento são descritos juntamente com as relações constitutivas para cada caso. Estas equações são deduzidas na forma adequada para análise numérica via método dos elementos finitos usando uma solução incremental-iterativa com consideração de efeitos pos-críticos. Vários exemplos são apresentados, incluindo análises elásticas, viscoelásticas e de falha com envelhecimento.

Estudo do comportamento de materiais compósitos fibrosos para aplicação como reforço de base de fundações superficiais

Neste trabalho foram avaliadas as propriedades de resistência e deformabilidade de misturas solo-cimento-fibra. O estudo experimental consistiu de duas etapas, denominadas de etapa de laboratório e etapa de campo. Na etapa de laboratório foi verificada a influência da adição de fibras de polipropileno no comportamento tensão x deformação de um solo arenoso cimentado e não cimentado. Ensaios de resistência à compressão triaxial foram realizados para avaliar os efeitos da porcentagem de fibras, do comprimento das fibras, do diâmetro das fibras, da porcentagem de cimento, da densidade relativa, da tensão de confinamento e da distribuição granulométrica no comportamento do compósito. Na etapa de campo, o comportamento carga x recalque do solo arenoso cimentado reforçado com fibras foi avaliado, juntamente com os mecanismos de ruptura de cada compósito, através da execução de ensaios de placa de 0,30 m e 0,60 m de diâmetro sobre camadas tratadas de 0,30 m de espessura. Os métodos propostos por Vesic (1975), Meyerhof & Hanna (1978) e Thomé (1999) foram utilizados para a previsão da capacidade de suporte das camadas tratadas em campo A partir dos resultados obtidos chegou-se às seguintes conclusões: (1) a influência da inclusão de fibras sobre as propriedades mecânicas do compósito depende fundamentalmente das propriedades da matriz; (2) a porcentagem de cimento e a tensão de confinamento exercem forte influência no comportamento mecânico do material compósito; (3) o efeito da inclusão de fibras é mais evidente para maiores comprimentos e maiores teores de fibras, sendo seu efeito mais pronunciado para materiais compósitos com maiores densidades; (4) a influência das fibras na resistência de pico e última do material depende também do diâmetro das fibras e da distribuição granulométrica do solo; (5) O comportamento carga x recalque do solo cimentado é influenciado pela adição das fibras, alterando principalmente o comportamento pós-pico e o mecanismo de ruptura; (6) os valores de previsão da capacidade de suporte das camadas cimentadas, com e sem reforço de fibras, apresentam boa aproximação com os valores experimentais.

Avaliação de resinas Epóxi para fabricação de materiais compósitos pelo processo de pultrusão

A utilização de resinas epóxi na fabricação de materiais compósitos vem crescendo substancialmente nos últimos anos. O processo de pultrusão também acompanha esta tendência e a demanda por dados técnicos a respeito desta resina vem crescendo, sendo cada vez mais objeto de pesquisa em universidades e empresas. A pultrusão é um processo contínuo de fabricação de materiais compósitos. O processo consiste basicamente em duas etapas a saber: a impregnação, onde se tem a aplicação da mistura com resina, endurecedor e aditivos sobre as fibras; a cura do perfil, onde o material compósito passa pelo processo de reticulação, adquirindo sua forma final e suas diferentes propriedades mecânicas, físicas e químicas. O interesse deste trabalho reside especialmente sobre este tipo de resina pelo fato de que seu emprego no processo de pultrusão confere excelentes propriedades químicas e elétricas ao perfil fabricado. Dadas às características do processo de pultrusão, o conhecimento do comportamento da resina, do ponto de vista físico e cinético, é requisito básico para a obtenção de produtos de qualidade. Apresentando um comportamento diferenciado de resinas poliéster, as resinas epóxi possuem características especiais que tornam o seu uso no processo de pultrusão bastante desafiador. Através de ensaios térmicos (calorimetria exploratória diferencial – DSC- e análise termogravimétrica – TGA) foi possível verificar o comportamento das resinas epóxi misturadas com endurecedor As resinas estudadas apresentaram boa resistência térmica, com temperaturas de degradação superiores a 1500C. Quando testadas no DSC, as resinas apresentaram diferentes calores de reação para cada um das condições testadas, destacando-se a resina LY-553 como adequada para uso no processo de pultrusão. Testes verificando tempo de gel e viscosidade complementaram os dados, fornecendo informações úteis para o estudo das resinas na área de impregnação no processo de pultrusão. Estes testes confirmaram a aplicabilidade da resina LY-553 no processo de pultrusão, bem como qualificaram a resina GY-281 como uma possível alternativa para a produção de perfis pultrudados.

Estudo da viabilidade da incorporação de resíduos de contrafortes de calçados em matriz de gesso para uso como material de construção civil

A reciclagem de resíduos na forma de materiais e componentes de construção civil tem sido uma alternativa bem sucedida em diversos casos, beneficiando a sociedade de várias maneiras, como pela economia de uso de matérias primas extraídas da natureza, pela redução do consumo de energia na produção de materiais e pela diminuição da poluição ambiental. Neste trabalho se estuda a viabilidade de reciclagem de um resíduo industrial sólido, gerado na operação de corte das peças de contrafortes de calçados1, cuja quantidade de geração de resíduos na Região do Vale dos Sinos - RS é estimada em 80 ton/mês, o que eqüivale a um volume mensal de 550m3 de resíduos. Até hoje o resíduo tem como destino final o descarte em aterros apropriados, devido ao alto custo necessário para a reutilização do material no processo industrial. A proposta para o uso do resíduo neste trabalho é sua adição em matriz de gesso, gerando um novo compósito para posterior uso na produção de materiais e componentes de construção civil. A realização do trabalho permitiu verificar que a adição do resíduo em matriz de gesso é possível, em teores de até 25% (massa de resíduo moído em relação à massa de gesso da matriz), não exigindo tecnologia sofisticada para moldagem. Os resultados de ensaios realizados para caracterização do compósito indicam que o resíduo adicionado tem comportamento semelhante ao de uma fibra, incrementando de forma muito significativa a resistência ao impacto e à flexão e o comportamento pós-fissuração. A adição dos resíduos aumentou a tenacidade da matriz , evitando rupturas bruscas e proporcionando uma deformação plástica considerável. O compósito gerado é resistente ao manuseio, sendo adequado para uso na construção civil.

Efeito da fotoativação com LED sobre a microdureza de um compósito em cavidades com diferentes profundidades

O objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento de três aparelhos fotoativadores, sendo que dois aparelhos utilizam a tecnologia de diodos emissores de luz (LED) (Radii-SDI; Single V-Bio art) e o ultimo é um aparelho convencional de lâmpada halógena (XL-2500-3M ESPE), sendo que o primeiro apresenta o diodo emissor de luz na extremidade do aparelho; o segundo apresenta ponteira de fibra óptica turbo e o terceiro apresenta ponteira de fibra óptica convencional. O desempenho dos aparelhos foi analisado por meio da análise de microdureza do fundo de um incremento de 2mm do compósito Z250 (3M ESPE), submetido à polimerização em diferentes profundidades: 2mm, 4mm, 6mm e 8mm. Em todos os casos, o tempo de polimerização adotado foi de 20 s. Para obtenção dos corpos de prova, foi utilizada uma matriz de dentina com uma cavidade de 3mm de diâmetro por 2mm de espessura. Para simular as diferentes profundidades de 2mm, 4mm, 6mm e 8mm, foram utilizados espaçadores de dentina em forma de anel com 2mm, 4mm, e 6mm de espessura sobre a matriz. Para o ensaio de microdureza, foram confeccionados cinco corpos de prova para cada combinação entre aparelho fotoativador e as quatro profundidades, totalizando 60 corpos de prova. . O ensaio foi realizado 15min após a polimerização. Os valores de microdureza foram obtidos a partir de cinco endentações em cada corpo de prova. Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância e ao teste Tukey para comparação entre os aparelhos, em cada profundidade (α=0,05). Os valores médios e desvio padrão da microdureza obtidos com os aparelhos Radii(R), Single V (S) e XL-2500(XL), a 2mm, foram respectivamente: 55,16 (±1,66), 58,56 (±1,77), 51,15 (±2,08), mostrando diferença significativa entre eles, sendo que o melhor desempenho foi obtido pelo S seguido pelo R e pelo XL. A 4mm, os valores foram R= 52,23 (±1,66 ); S= 49,04 (±2,04); XL= 47,34 (±2,69), com melhor desempenho do R em relação a XL, porém sem diferença do S. A 6mm, os valores foram R= 46,40 (±1,07); S= 43,64 (±1,56); XL= 42,12 (±1,72). Com melhor desempenho do R, seguidos pelo S e XL que não mostraram diferença entre si. Já a 8mm, os valores foram R= 41,96 (±1,09); S= 38,36(± 0,87); XL= 40,16 (±1,70), com melhor desempenho do R seguido pelo XL e este pelo S, mostrando diferença significativa entre eles. Comparando os aparelhos LED com a lâmpada halógena, pode-se observar que o Radii teve um desempenho superior a ela em todas as profundidades. Já o Single V foi superior na profundidade de 2mm, similar em 4mm e em 6mm e inferior em 8mm, mostrando que os aparelhos LED tiveram um comportamento diferenciado que talvez possa ser atribuído à presença de uma ponteira turbo no Single V. Também com base nos resultados foi possível concluir que houve uma redução significativa, dos valores de microdureza do fundo do material restaurador com o aumento da profundidade da cavidade para todos os aparelhos.