Verbesserung der seismischen Kapazität von Mauerwerkswänden durch Verwendung von Elastomerlagern

Ein großer Teil der Schäden wie auch der Verluste an Gesundheit und Leben im Erdbebenfall hat mit dem frühzeitigen Versagen von Mauerwerksbauten zu tun. Unbewehrtes Mauerwerk, wie es in vielen Ländern üblich ist, weist naturgemäß einen begrenzten Erdbebenwiderstand auf, da Zugspannungen und Zugkräfte nicht wie bei Stahlbeton- oder Stahlbauten aufgenommen werden können. Aus diesem Grund wurde bereits mit verschiedenen Methoden versucht, die Tragfähigkeit von Mauerwerk im Erdbebenfall zu verbessern. Modernes Mauerwerk kann auch als bewehrtes oder eingefasstes Mauerwerk hergestellt werden. Bei bewehrtem Mauerwerk kann durch die Bewehrung der Widerstand bei Beanspruchung als Scheibe wie als Platte verbessert werden, während durch Einfassung mit Stahlbetonelementen in erster Linie die Scheibentragfähigkeit sowie die Verbindung zu angrenzenden Bauteilen verbessert wird. Eine andere interessante Möglichkeit ist das Aufbringen textiler Mauerwerksverstärkungen oder von hochfesten Lamellen. In dieser Arbeit wird ein ganz anderer Weg beschritten, indem weiche Fugen Spannungsspitzen reduzieren sowie eine höhere Verformbarkeit gewährleiten. Dies ist im Erdbebenfall sehr hilfreich, da die Widerstandfähigkeit eines Bauwerks oder Bauteils letztlich von der Energieaufnahmefähigkeit, also dem Produkt aus Tragfähigkeit und Verformbarkeit bestimmt wird. Wenn also gleichzeitig durch die weichen Fugen keine Schwächung oder sogar eine Tragfähigkeitserhöhung stattfindet, kann der Erdbebenwiderstand gesteigert werden. Im Kern der Dissertation steht die Entwicklung der Baukonstruktion einer Mauerwerkstruktur mit einer neuartigen Ausbildung der Mauerwerksfugen, nämlich Elastomerlager und Epoxydharzkleber anstatt üblichem Dünnbettmörtel. Das Elastomerlager wird zwischen die Steinschichten einer Mauerwerkswand eingefügt und damit verklebt. Die Auswirkung dieses Ansatzes auf das Verhalten der Mauerwerkstruktur wird unter dynamischer und quasi-statischer Last numerisch und experimentell untersucht und dargestellt.

Analysis and Simulation of Transverse Random Fracture of Long Fibre Reinforced Composites

La present tesi proposa una metodología per a la simulació probabilística de la fallada de la matriu en materials compòsits reforçats amb fibres de carboni, basant-se en l'anàlisi de la distribució aleatòria de les fibres. En els primers capítols es revisa l'estat de l'art sobre modelització matemàtica de materials aleatoris, càlcul de propietats efectives i criteris de fallada transversal en materials compòsits. El primer pas en la metodologia proposada és la definició de la determinació del tamany mínim d'un Element de Volum Representatiu Estadístic (SRVE) . Aquesta determinació es du a terme analitzant el volum de fibra, les propietats elàstiques efectives, la condició de Hill, els estadístics de les components de tensió i defromació, la funció de densitat de probabilitat i les funcions estadístiques de distància entre fibres de models d'elements de la microestructura, de diferent tamany. Un cop s'ha determinat aquest tamany mínim, es comparen un model periòdic i un model aleatori, per constatar la magnitud de les diferències que s'hi observen. Es defineix, també, una metodologia per a l'anàlisi estadístic de la distribució de la fibra en el compòsit, a partir d'imatges digitals de la secció transversal. Aquest anàlisi s'aplica a quatre materials diferents. Finalment, es proposa un mètode computacional de dues escales per a simular la fallada transversal de làmines unidireccionals, que permet obtenir funcions de densitat de probabilitat per a les variables mecàniques. Es descriuen algunes aplicacions i possibilitats d'aquest mètode i es comparen els resultats obtinguts de la simulació amb valors experimentals.

Quantitative pulsed phase thermography applied to steel plates

Pulsed Phase Thermography (PPT) has been proven effective on depth retrieval of flat-bottomed holes in different materials such as plastics and aluminum. In PPT, amplitude and phase delay signatures are available following data acquisition (carried out in a similar way as in classical Pulsed Thermography), by applying a transformation algorithm such as the Fourier Transform (FT) on thermal profiles. The authors have recently presented an extended review on PPT theory, including a new inversion technique for depth retrieval by correlating the depth with the blind frequency fb (frequency at which a defect produce enough phase contrast to be detected). An automatic defect depth retrieval algorithm had also been proposed, evidencing PPT capabilities as a practical inversion technique. In addition, the use of normalized parameters to account for defect size variation as well as depth retrieval from complex shape composites (GFRP and CFRP) are currently under investigation. In this paper, steel plates containing flat-bottomed holes at different depths (from 1 to 4.5 mm) are tested by quantitative PPT. Least squares regression results show excellent agreement between depth and the inverse square root blind frequency, which can be used for depth inversion. Experimental results on steel plates with simulated corrosion are presented as well. It is worth noting that results are improved by performing PPT on reconstructed (synthetic) rather than on raw thermal data.

O processo de humanização: as bases constitutivas da subjetividade

Iniciando-se por uma descrição longitudinal, seguida de interpretação "a posteriori", obteve-se categorias relativas a cada dimensão do psiquismo. Estas, em seu caráter de transversalidade, foram tomadas como esteios para as explicações acerca da passagem do sujeito da condição biológica à condição de sujeito falante. O norteamento dessa análise teve como ponto de partida a postulação acerca dessas dimensões, dos aspectos relativos as mesmas, e dos efetores referentes por essa passagem, cujo início tem a esses aspectos que respondem lugar quando a mãe se dispõe a apontar para o sujeito o limite entre o núcleo filogenético e as transformações sócio-histórica. A partir dessa delimitação, ocorre a assimilação de características, tipicamente humanas para, enfim, serem fixados pela lei paterna, os limites do “tornar-se humano”. Nesse ínterim, são observadas ocorrências relativas as dimensões mencionadas. Tratando-se de permanência de conteúdos mantidos fora do campo da simbolização, e excluídos da matriz imaginária, tem-se então a caracterização do real ~elo seu mecanismo específico: a foraclusão. Ainda se situa a pulsão no seu caráter impensável e inominável. Já as ações resultantes do recalcamento originário concorrem para a formação de marcas não-simbolizáveis que, como faceta do imaginário, se vinculam às informações do núcleo filogenético referentes aos protofantasmas, aqui considerado corno outra faceta desta dimensão. No que concerne ao simbólico, registra-se a significação como fundante da condição humana, resultante do recalcamento propriamente dito. Sendo assim, a humanização enquanto explicada pelo conceito de recalcamento, conforme evidencia a metapsicologia freudiana, não açambarça todas as nuances relativas ao humano; visto englobar apenas aquilo que é imaginado corno fantasma ou aquilo que e apresentado simbolicamente. Por isso, a utilização do conceito de foraclusão, da perspectiva lacaniana, justifica-se pelo fato de oferecer uma visão mais completa dessa dinâmica. Desse modo, se pode incluir no escopo do "tornar-se humano", aqueles elementos não passíveis de simbolização, bem como aqueles da realidade pulsional que não se apresentam no texto do fantasma; mas que, ao se constituírem como um "pano-de-fundo", possibilitam que a conteúdos simbólicos e imaginários viabilizem a socialização. De resto, a socialização é um processo que, originado do simbólico, se assenta no imaginário tomado como base. Para isto, o real, em seu efeito marginal, possibilita o retorno ao simbólico. A partir daí, se verifica a utilização dos elementos culturais, que são descobertos em função daquilo que a atividade fantasmática suscita.

Resposta térmica de um compósito PEEK+PTFE+Fibra de carbono+grafite

Composites based on PEEK + PTFE + CARBON FIBER + Graphite (G_CFRP) has increased application in the top industries, as Aerospace, Aeronautical, Petroleum, Biomedical, Mechanical and Electronics Engineering challenges. A commercially available G_CFRP was warmed up to three different levels of thermal energy to identify the main damage mechanisms and some evidences for their intrinsic transitions. An experimental test rig for systematize a heat flux was developed in this dissertation, based on the Joule Effect. It was built using an isothermal container, an internal heat source and a real-time measurement system for test a sample by time. A standard conical-cylindrical tip was inserted into a soldering iron, commercially available and identified by three different levels of nominal electrical power, 40W (manufacturer A), 40W (manufacturer B), 100W and 150W, selected after screening tests: these power levels for the heat source, after one hour of heating and one hour of cooling in situ, carried out three different zones of degradation in the composite surface. The bench was instrumented with twelve thermocouples, a wattmeter and a video camera. The twelve specimens tested suffered different degradation mechanisms, analyzed by DSC (Differential Scanning Calorimetry) and TG (Thermogravimetry) techniques, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-Rays (EDX) Analysis. Before and after each testing, it was measured the hardness of the sample by HRM (Hardness Rockwell M). Excellent correlations (R2=1) were obtained in the plots of the evaporated area after one hour of heating and one hour of cooling in situ versus (1) the respective power of heat source and (2) the central temperature of the sample. However, as resulting of the differential degradation of G_CFRP and their anisotropy, confirmed by their variable thermal properties, viscoelastic and plastic properties, there were both linear and non-linear behaviour between the temperature field and Rockwell M hardness measured in the radial and circumferential directions of the samples. Some morphological features of the damaged zones are presented and discussed, as, for example, the crazing and skeletonization mechanism of G_CFRP

Assessment of cumulative damage by using ultrasonic C-scan on carbon fiber/epoxy composites under thermal cycling

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Processing and mechanical characterization of titanium-graphite hybrid laminates

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Linear scanning method based on the SAFT coarray

This work presents a method to obtain B-scan images based on linear array scanning and 2R-SAFT. Using this technique some advantages are obtained: the ultrasonic system is very simple; it avoids the grating lobes formation, characteristic in conventional SAFT; and subaperture size and focussing lens (to compensate emission-reception) can be adapted dynamically to every image point. The proposed method has been experimentally tested in the inspection of CFRP samples. © 2010 American Institute of Physics.

Otimização da retificação tangencial plana de compósitos plásticos reforçados com fibras de carbono

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Técnicas de reforço estrutural para edificações antigas: estudo de caso na cidade de Rio Branco – Acre

Este trabalho visou a demonstrar o dimensionamento e verificação de cálculo da NBR 6118 (ABNT, 2007) com as suas características geométricas, cobrimento da armadura, armaduras, flambagem e a resistência de pilares à compressão centrada dos pilares em concreto armado, apresentando na revisão bibliográfica as principais técnicas de reforço estrutural de pilares de concreto armado para edificações antigas, identificando as principais metodologias e técnicas utilizadas no Brasil e apresentando os pontos positivos e negativos de cada técnica:encamisamento de concreto, perfis metálicos, chapa de aço colado, manta/tecido de carbono, aramida e vidro e polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC). Os pilares com aumento da seção transversal retangular, com adição de armação e concreto, sendo mais usual e prática a técnica apresenta dificuldades em obras antigas, geralmente devido à necessidade arquitetônica de permanecer o mais fiel a sua forma original. Justificando-se a necessidade de conhecimento das diversas técnicas de reforço estrutural descritas neste trabalho com aumento de capacidade de resistência, sem que haja aumento substancial, na seção transversal dos pilares e objetivando a análise do reforço proposto através dos cálculos do projeto, programa – PDOP 2.0 e parâmetros de cálculo da NBR 6118 (ABNT, 2007). Os resultados obtidos através da análise comparativa do reforço executado no estudo de caso “revitalização do casarão” - com relação à análise dos pilares retangulares submetidos à flexão composta oblíqua, esforços cortantes e torsores quanto à NBR 6118 (ABNT, 2007) utilizando o programa para dimensionamento otimizado de pilares – PDOP 2.0 - indicaram que a técnica de reforço estudada foi eficiente, pois todas as peças reforçadas tiveram uma capacidade portante maior que a do pilar original sem o reforço.

Fatigue crack growth rate in mode I of a carbon fiber 5HS weave composite laminate processed via RTM

Delamination or crack propagation between plies is a critical issue for structural composites. In viewing this issue and the large application of woven fabrics in structural applications, especially the ones that requires high drapeability to be preformed in a RTM mold cavity such as the asymmetric ones, e.g HS series, this research aimed in dynamically testing the carbon fiber 5HS/RTM6 epoxy composites under opening mode using DCB set up in order to investigate the crack growth rate behavior in an irregular surface produced by the fabric waviness. The evaluation of the energy involved in each crack increment was based on the Irwin-Kies equation using compliance beam theory. The tests were conducted at constant stress ratio of R=0.1 with displacement control, frequency of 10 Hz, in accordance to ASTM E647-00 for measurement of crack growth rate. The results showed large scatter when compared to unidirectional carbon fiber composites due to damage accumulation at the fill tows.

Estruturas de concreto reforçadas com PRFC parte II: análise dos modelos de cisalhamento

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Assessment of cumulative damage by using ultrasonic C-scan on carbon fiber/epoxy composites under thermal cycling

In recent years, structural composites manufactured by carbon fiber/epoxy laminates have been employed in large scale in aircraft industries. These structures require high strength under severe temperature changes of -56° until 80 °C. Regarding this scenario, the aim of this research was to reproduce thermal stress in the laminate plate developed by temperature changes and tracking possible cumulative damages on the laminate using ultrasonic C-scan inspection. The evaluation was based on attenuation signals and the C-scan map of the composite plate. The carbon fiber/epoxy plain weave laminate underwent temperatures of -60° to 80 °C, kept during 10 minutes and repeated for 1000, 2000, 3000 and 4000 times. After 1000 cycles, the specimens were inspected by C-scanning. A few changes in the laminate were observed using the inspection methodology only in specimens cycled 3000 times, or so. According to the found results, the used temperature range did not present enough conditions to cumulative damage in this type of laminate, which is in agreement with the macro - and micromechanical theory.

Strumenti per la valutazione dello stato conservativo e per la manutenzione programmata dei ponti della Provincia di Bologna

La tesi tratta di strumenti finalizzati alla valutazione dello stato conservativo e di supporto all'attività di manutenzione dei ponti, dai più generali Bridge Management Systems ai Sistemi di Valutazione Numerica della Condizione strutturale. Viene proposto uno strumento originale con cui classificare i ponti attraverso un Indice di Valutazione Complessiva e grazie ad esso stabilire le priorità d'intervento. Si tara lo strumento sul caso pratico di alcuni ponti della Provincia di Bologna. Su un ponte in particolare viene realizzato un approfondimento specifico sulla determinazione approssimata dei periodi propri delle strutture da ponte. Si effettua un confronto dei risultati di alcune modellazioni semplificate in riferimento a modellazioni dettagliate e risultati sperimentali.

Procedimenti di ottimizzazione di sistemi smorzati

La presente tesi riguarda lo studio di procedimenti di ottimizzazione di sistemi smorzati. In particolare, i sistemi studiati sono strutture shear-type soggette ad azioni di tipo sismico impresse alla base. Per effettuare l’ottimizzazione dei sistemi in oggetto si agisce sulle rigidezze di piano e sui coefficienti di smorzamento effettuando una ridistribuzione delle quantità suddette nei piani della struttura. È interessante effettuare l’ottimizzazione di sistemi smorzati nell’ottica della progettazione antisismica, in modo da ridurre la deformata della struttura e, conseguentemente, anche le sollecitazioni che agiscono su di essa. Il lavoro consta di sei capitoli nei quali vengono affrontate tre procedure numerico-analitiche per effettuare l’ottimizzazione di sistemi shear-type. Nel primo capitolo si studia l’ottimizzazione di sistemi shear-type agendo su funzioni di trasferimento opportunamente vincolate. In particolare, le variabili di progetto sono le rigidezze di piano, mentre i coefficienti di smorzamento e le masse di piano risultano quantità note e costanti durante tutto il procedimento di calcolo iterativo; per effettuare il controllo dinamico della struttura si cerca di ottenere una deformata pressoché rettilinea. Tale condizione viene raggiunta ponendo le ampiezze delle funzioni di trasferimento degli spostamenti di interpiano pari all’ampiezza della funzione di trasferimento del primo piano. Al termine della procedura si ottiene una ridistribuzione della rigidezza complessiva nei vari piani della struttura. In particolare, si evince un aumento della rigidezza nei piani più bassi che risultano essere quelli più sollecitati da una azione impressa alla base e, conseguentemente, si assiste ad una progressiva riduzione della variabile di progetto nei piani più alti. L’applicazione numerica di tale procedura viene effettuata nel secondo capitolo mediante l’ausilio di un programma di calcolo in linguaggio Matlab. In particolare, si effettua lo studio di sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. La seconda procedura numerico-analitica viene presentata nel terzo capitolo. Essa riguarda l’ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento e consta di due fasi. La prima fase ricerca il progetto ottimale della struttura per uno specifico valore della rigidezza complessiva e dello smorzamento totale, mentre la seconda fase esamina una serie di progetti ottimali in funzione di diversi valori della rigidezza e dello smorzamento totale. Nella prima fase, per ottenere il controllo dinamico della struttura, viene minimizzata la somma degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano. Le variabili di progetto, aggiornate dopo ogni iterazione, sono le rigidezze di piano ed i coefficienti di smorzamento. Si pone, inoltre, un vincolo sulla quantità totale di rigidezza e di smorzamento, e i valori delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento di ogni piano non devono superare un limite superiore posto all’inizio della procedura. Anche in questo caso viene effettuata una ridistribuzione delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento nei vari piani della struttura fino ad ottenere la minimizzazione della funzione obiettivo. La prima fase riduce la deformata della struttura minimizzando la somma degli scarti quadrarici medi degli spostamenti di interpiano, ma comporta un aumento dello scarto quadratico medio dell’accelerazione assoluta dell’ultimo piano. Per mantenere quest’ultima quantità entro limiti accettabili, si passa alla seconda fase in cui si effettua una riduzione dell’accelerazione attraverso l’aumento della quantità totale di smorzamento. La procedura di ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento viene applicata numericamente, mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab, nel capitolo quattro. La procedura viene applicata a sistemi a due e a cinque gradi di libertà. L’ultima parte della tesi ha come oggetto la generalizzazione della procedura che viene applicata per un sistema dotato di isolatori alla base. Tale parte della tesi è riportata nel quinto capitolo. Per isolamento sismico di un edificio (sistema di controllo passivo) si intende l’inserimento tra la struttura e le sue fondazioni di opportuni dispositivi molto flessibili orizzontalmente, anche se rigidi in direzione verticale. Tali dispositivi consentono di ridurre la trasmissione del moto del suolo alla struttura in elevazione disaccoppiando il moto della sovrastruttura da quello del terreno. L’inserimento degli isolatori consente di ottenere un aumento del periodo proprio di vibrare della struttura per allontanarlo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni. La principale peculiarità dell’isolamento alla base è la possibilità di eliminare completamente, o quantomeno ridurre sensibilmente, i danni a tutte le parti strutturali e non strutturali degli edifici. Quest’ultimo aspetto è importantissimo per gli edifici che devono rimanere operativi dopo un violento terremoto, quali ospedali e i centri operativi per la gestione delle emergenze. Nelle strutture isolate si osserva una sostanziale riduzione degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni relative. La procedura di ottimizzazione viene modificata considerando l’introduzione di isolatori alla base di tipo LRB. Essi sono costituiti da strati in elastomero (aventi la funzione di dissipare, disaccoppiare il moto e mantenere spostamenti accettabili) alternati a lamine in acciaio (aventi la funzione di mantenere una buona resistenza allo schiacciamento) che ne rendono trascurabile la deformabilità in direzione verticale. Gli strati in elastomero manifestano una bassa rigidezza nei confronti degli spostamenti orizzontali. La procedura di ottimizzazione viene applicata ad un telaio shear-type ad N gradi di libertà con smorzatori viscosi aggiunti. Con l’introduzione dell’isolatore alla base si passa da un sistema ad N gradi di libertà ad un sistema a N+1 gradi di libertà, in quanto l’isolatore viene modellato alla stregua di un piano della struttura considerando una rigidezza e uno smorzamento equivalente dell’isolatore. Nel caso di sistema sheat-type isolato alla base, poiché l’isolatore agisce sia sugli spostamenti di interpiano, sia sulle accelerazioni trasmesse alla struttura, si considera una nuova funzione obiettivo che minimizza la somma incrementata degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni. Le quantità di progetto sono i coefficienti di smorzamento e le rigidezze di piano della sovrastruttura. Al termine della procedura si otterrà una nuova ridistribuzione delle variabili di progetto nei piani della struttura. In tal caso, però, la sovrastruttura risulterà molto meno sollecitata in quanto tutte le deformazioni vengono assorbite dal sistema di isolamento. Infine, viene effettuato un controllo sull’entità dello spostamento alla base dell’isolatore perché potrebbe raggiungere valori troppo elevati. Infatti, la normativa indica come valore limite dello spostamento alla base 25cm; valori più elevati dello spostamento creano dei problemi soprattutto per la realizzazione di adeguati giunti sismici. La procedura di ottimizzazione di sistemi isolati alla base viene applicata numericamente mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab nel sesto capitolo. La procedura viene applicata a sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. Inoltre si effettua il controllo degli spostamenti alla base sollecitando la struttura con il sisma di El Centro e il sisma di Northridge. I risultati hanno mostrato che la procedura di calcolo è efficace e inoltre gli spostamenti alla base sono contenuti entro il limite posto dalla normativa. Giova rilevare che il sistema di isolamento riduce sensibilmente le grandezze che interessano la sovrastruttura, la quale si comporta come un corpo rigido al di sopra dell’isolatore. In futuro si potrà studiare il comportamento di strutture isolate considerando diverse tipologie di isolatori alla base e non solo dispositivi elastomerici. Si potrà, inoltre, modellare l’isolatore alla base con un modello isteretico bilineare ed effettuare un confronto con i risultati già ottenuti per il modello lineare.