Obtenção e caracterização de um compósito de matriz polimérica com carga de resíduos vegetal proveniente do sabugo de milho

The feasibility of using the corn cob to obtain a polymer matrix composite was studied. To obtain the bran, corncob passed the drying process in a solar dryer, and was subsequently triturated in forage and to obtain the different particle sizes, by sieving. Three different grain sizes were used: fine particles (FP) size between 0,10 and 2mm; sized particles (PM) with sizes between 2,10 and 3,35 mm; large particles (PG) sizes between 3,45 and 4,10 mm. Using 20% of residue relative to the resin, the test samples were constructed for characterization of the composite, taking into account thermal and mechanical parameters. The main advantage of the proposed composite is that it has a low density, below the relative resin, about 1.06 kg / m³ for the PG. The composite showed a mechanical behavior less than of the resin to the grain sizes and for all formulations studied. Showed better results for the bending, reaching 25.3 MPa for the PG. The composite also showed be feasible for thermal applications, with thermal conductivity less than 0.21 W / m, ranking as insulation. In terms of homogeneity of the mixture, the most viable grain size is the PF, which also showed improved aesthetics and better processability. This composite can be used to make structures that do not require significant mechanical strength, such as tables, chairs, planks, and solar and wind prototypes, such as ovens and cookers and turbines blades.

Obtenção e caracterização de um compósito de matriz polimérica com carga de resíduos vegetal proveniente do sabugo de milho

The feasibility of using the corn cob to obtain a polymer matrix composite was studied. To obtain the bran, corncob passed the drying process in a solar dryer, and was subsequently triturated in forage and to obtain the different particle sizes, by sieving. Three different grain sizes were used: fine particles (FP) size between 0,10 and 2mm; sized particles (PM) with sizes between 2,10 and 3,35 mm; large particles (PG) sizes between 3,45 and 4,10 mm. Using 20% of residue relative to the resin, the test samples were constructed for characterization of the composite, taking into account thermal and mechanical parameters. The main advantage of the proposed composite is that it has a low density, below the relative resin, about 1.06 kg / m³ for the PG. The composite showed a mechanical behavior less than of the resin to the grain sizes and for all formulations studied. Showed better results for the bending, reaching 25.3 MPa for the PG. The composite also showed be feasible for thermal applications, with thermal conductivity less than 0.21 W / m, ranking as insulation. In terms of homogeneity of the mixture, the most viable grain size is the PF, which also showed improved aesthetics and better processability. This composite can be used to make structures that do not require significant mechanical strength, such as tables, chairs, planks, and solar and wind prototypes, such as ovens and cookers and turbines blades.

Obtenção e caracterização de um compósito de matriz polimérica com carga de bucha vegetal luffa cylindrica

Composite materials arise from the need for lighter materials and with bigger mechanical and thermal resistance. The difficulties of discard, recycling or reuse are currently environmental concerns and, therefore, they are study object of much researches. In this perspective the feasibility of using loofahs (Luffa Cylindrica) for obtainment of a polymeric matrix composite was studied. Six formulations, with 4, 5 and 6 treated layers and untreated, were tested. The loofahs were treated in boiling water to remove lignins, waxes and impurities present in the fibers. After that, they were dried in a direct exposure solar dryer. For the characterization of the composite, thermal (thermal conductivity, thermal capacity, thermal diffusivity and thermal resistivity), mechanical (tensile and bending resistance) and physicochemical (SEM, XRD, density, absorption and degradation) properties were determined. The proposed composite has as advantage the low fiber density, which is around 0.66 g/cm³ (almost half of the polyester resin matrix), resulting in an average composite density of around 1.17g/cm³, 6.0 % lower in relation to the matrix. The treatment carried out in the loofahs increased the mechanical strength of the composite and decreased the humidity absorption. The composite showed lower mechanical behavior than the matrix for all the formulations. The composite also demonstrated itself to be feasible for thermal applications, with a value of thermal conductivity of less than 0.159 W/m.K, ranking it as a good thermal insulator. For all formulations/settings a low adherence between fibers and matrix occurred, with the presence of cracks, showing the fragility due to low impregnation of the fiber by the matrix. This composite can be used to manufacture structures that do not require significant mechanical strength, such as solar prototypes, as ovens and stoves.

Obtenção e caracterização de um compósito de matriz polimérica com carga de bucha vegetal luffa cylindrica

Composite materials arise from the need for lighter materials and with bigger mechanical and thermal resistance. The difficulties of discard, recycling or reuse are currently environmental concerns and, therefore, they are study object of much researches. In this perspective the feasibility of using loofahs (Luffa Cylindrica) for obtainment of a polymeric matrix composite was studied. Six formulations, with 4, 5 and 6 treated layers and untreated, were tested. The loofahs were treated in boiling water to remove lignins, waxes and impurities present in the fibers. After that, they were dried in a direct exposure solar dryer. For the characterization of the composite, thermal (thermal conductivity, thermal capacity, thermal diffusivity and thermal resistivity), mechanical (tensile and bending resistance) and physicochemical (SEM, XRD, density, absorption and degradation) properties were determined. The proposed composite has as advantage the low fiber density, which is around 0.66 g/cm³ (almost half of the polyester resin matrix), resulting in an average composite density of around 1.17g/cm³, 6.0 % lower in relation to the matrix. The treatment carried out in the loofahs increased the mechanical strength of the composite and decreased the humidity absorption. The composite showed lower mechanical behavior than the matrix for all the formulations. The composite also demonstrated itself to be feasible for thermal applications, with a value of thermal conductivity of less than 0.159 W/m.K, ranking it as a good thermal insulator. For all formulations/settings a low adherence between fibers and matrix occurred, with the presence of cracks, showing the fragility due to low impregnation of the fiber by the matrix. This composite can be used to manufacture structures that do not require significant mechanical strength, such as solar prototypes, as ovens and stoves.

Avaliação da deformação em lajes bidirecionais de concreto armado

A avaliação da deformação excessiva para peças fletidas de concreto armado é abordada pela norma em vigor. O texto conclusivo do projeto de revisão de 2001 adota para o cálculo de deformações em vigas, a inércia equivalente, que leva em consideração a contribuição do concreto não fissurado e entre as fissuras, que implica na consideração do aumento da rigidez da peça. Já para o caso das lajes bidirecionais de concreto armado, não é apresentada nenhuma formulação de inércia equivalente. O cálculo de flechas com inércia do estádio I fornece resultados contra a segurança nos casos de laje onde o momento de fissuração é ultrapassado em serviço e portanto a laje está fissurada. Já o cálculo com inércia do estádio II fornece resultados com flechas excessivas pois não considera a parte íntegra da peça e sua contribuição para o aumento da rigidez. Neste trabalho são apresentadas considerações para o cálculo do estado limite de deformação excessiva para as lajes bidirecionais. Como exemplo foram obtidas as flechas variando de 0,5 m para as dimensões 4x4 até 8x8 m adotando a inércia equivalente e considerando o momento de serviço para a definição do estádio a considerar no cálculo da flecha.

Análise da fluência em vigas de concreto armado simplesmente apoiadas usando o método dos elementos finitos

Reinforced concrete creep is a phenomenon of great importance. Despite being appointed as the main cause of several pathologies, its effects are yet considered in a simplified way by the structural designers. In addition to studying the phenomenon in reinforced concrete structures and its current account used in the structural analysis, this paper compares creep strains at simply supported reinforced concrete beams in analytical and in experimental forms with the finite element method (FEM) simulation results. The strains and deflections obtained through the analytical form were calculated with the Brazilian code NBR 6118 (2014) recommendations and the simplified method from CEB-FIP 90 and the experimental results were extracted from tests available in the literature. Finite element simulations are performed using ANSYS Workbench software, using its 3D SOLID 186 elements and the structure symmetry. Analyzes of convergence using 2D PLANE 183 elements are held as well. At the end, it is concluded that FEM analyses are quantitative and qualitative efficient for the estimation of this non-linearity and that the method utilized to obtain the creep coefficients values is sufficiently accurate.

Tirantes de betão armado com varões de fibra de vidro

O aparecimento da fibra de vidro deve-se à pesquisa de novos materiais. No século XIX, as fibras de vidro foram pela primeira vez tecidas. Só mais tarde, durante o século XX, com o desenvolvimento de resinas foi possível produzir a fibra de vidro como material compósito. Ainda durante a 2ª Guerra Mundial foi construído um avião de combate em fibra de vidro. Desde então sofreu um grande desenvolvimento, tendo sido aplicada nas mais diversas indústrias. Recentemente, a fibra de vidro tem sido também aplicada em estruturas na construção civil. Nos últimos anos tem havido uma crescente investigação acerca das estruturas de betão armado com armaduras de fibra de vidro (GFRP). A análise de parâmetros como a fendilhação, a deformação e a contribuição do betão entre fendas, é fundamental para a compreensão do comportamento desse material compósito. A aderência entre os varões e o betão é condicionada pela resistência do betão e pela superfície das armaduras, podendo estas propriedades influenciarem a evolução dos parâmetros atrás referidos. Contudo, a investigação neste domínio ainda está pouco desenvolvida e carece de mais estudo, para que seja possível a sua aplicação em estruturas de uma forma mais criteriosa e abrangente. Pretendeu-se conjugar as vantagens do betão estrutural de agregados leves (BEAL), bom desempenho de resistência e a reduzida densidade, com as dos varões de GFRP, sendo necessário estudar o seu comportamento em conjunto para uma boa compreensão dos fenómenos inerentes a esta combinação de materiais. Neste trabalho analisam-se vários parâmetros fundamentais ao comportamento de elementos de BEAL reforçado com varões de GFRP, nomeadamente: a aderência da interface betão-armadura, a fendilhação, tension stiffening effect e a deformação. Para esta análise, considerou-se a variação da resistência mecânica do BEAL, do tipo de armadura de reforço (aço e GFRP) e o diâmetro dos varões. Foi desenvolvido um programa experimental que contempla um total de doze tirantes de betão armado, seis com varões de GFRP e seis com varões de aço, de forma a poder efectuar-se uma comparação directa. Foram também incluídos no programa experimental trinta e seis provetes de ensaios pull out, dezoito com armaduras de fibra de vidro e dezoito com armaduras de aço, igualmente com o objectivo de comparação dos resultados. Na análise dos resultados foi possível verificar as diferenças entre o uso de armaduras de GFRP e de aço nos parâmetros em estudo, assim como a influência da resistência dos BEAL e dos diâmetros das armaduras. Verificou-se que a largura de fendas, bem como as deformações nos tirantes com armaduras de GFRP foram superiores às observadas com armaduras de aço. No que diz respeito à aderência foram observadas menores tensões nas armaduras de GFRP.

Estudo da adição de polímero superabsorvente e de nano partículas de sílica para melhorar propriedades de concretos de alta resistência

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016.

Concreto celular polimérico: influência na adição de resíduo de poliéster insaturado termofixo

This work addresses the production of lightweight concrete building elements, such as plates, prefabricated slabs for pre-molded and panels of fencing, presenting a singular concrete: the Lightweight Concrete, with special properties such low density and good strength, by means of the joint use of industrial waste of thermosetting unsaturated polyesters and biodegradable foaming agent, named Polymeric Lightweight Concrete. This study covered various features of the materials used in the composition of the Polymeric Lightweight Concrete, using a planning of factorial design 23, aiming at studying of the strength, production, dosage processes, characterization of mechanical properties and microstructural analysis of the transition zone between the light artificial aggregate and the matrix of cement. The results of the mechanical strength tests were analyzed using a computational statistics tool (Statistica software) to understand the behavior and obtain the ideal quantity of each material used in the formula of the Polymeric Lightweight Concrete. The definition of the ideal formula has the purpose of obtaining a material with the lowest possible dry density and resistance to compression in accordance with NBR 12.646/92 (≥ 2.5 MPa after 28 days). In the microstructural characterization by scanning electron microscopy it was observed an influence of the materials in the process of cement hydration, showing good interaction between the wrinkled face of the residue of unsaturated polyesters thermosetting and putty and, consequently, the final strength. The attaining of an ideal formula, given the Brazilian standards, the experimental results obtained in the characterization and comparison of these results with conventional materials, confirmed that the developed Polymeric Lightweight Concrete is suitable for the production of building elements that are advantageous for construction

Utilização de nanosílica como aditivo estendedor para pastas cimentantes de baixa densidade destinadas à cimentação de poços petrolíferos

Cementing operations are conducted at different times of the well s life and they have high importance, because the functions are fundamental to keep good properties during a long life of the well, such as, maintain the mechanical stability of the well, to promote the isolation hydraulic and support the tubing. In some situations, the rocky zones have low fractures pressures and require the use of lightweight slurries to prevent the hydrostatic pressure in the formation is greater than the pressure of fracture. There are three ways to reduce the density of cement slurries: exterders water additives, microspheres and foamed slurries. The most used extender water additive is sodium bentonite, which is a clay with a good capacity of water absorption and expansion of its volume, the main disadvantage of this additive is the reduction of the strength. Currently, the use of nanoscale particles has received special attention, mainly because they get new functionalities. Following this trend, this paper aims to use a colloidal solution of nano-silica as an exterders water additives for use in oil wells. Slurries were designed with fixed 13lb/gal density and concentration of nano silica 0.1 gpc; 0.4 gpc; 0.7 and 1gpc, the influence of nano-silica was studied at these levels in isolation and combined varying concentrations of CaCl2,. Tests including rheology, stability, strength, thickening time, porosity and permeability. Besides the API tests, microstructural characterizations were performed after 28 days of the slurries, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM)

Sinterização de matrizes cerâmicas à base de alumina reforçadas por carbetos a partir de precursores poliméricos

Ceramic composites produced with polymerics precursors have been studied for many years, due to the facility of obtaining a complex shape, at low temperature and reduces cost. The main objective of this work is to study the process of sintering of composites of ceramic base consisting of Al2O3 and silicates, reinforced for NbC, through the technique of processing AFCOP, as well as the influence of the addition of LZSA, ICZ and Al as materials infiltration in the physical and mechanical properties of the ceramic composite. Were produced ceramic matrix composites based SiCxOy e Al2O3 reinforced with NbC, by hidrosilylation reaction between D4Vi and D1107 mixtured with Al2O3 as inert filler, Nb and Al as reactive filler. The specimens produced were pyrolised at 1200, 1250 and 1400°C and infiltred with Al, ICZ and LZSA, respectively. Density, porosity, flexural mechanical strength and fracture surface by scanning electron microscopy were evaluated. The microstructure of the composites was investigated by X-ray diffraction to identify the presence of crystalline phases. The composites presented apparent porosity varying of 31 up to 49% and mechanical flexural strength of 14 up to 34 MPa. The infiltration process improviment of the densification and reduction of the porosity, as well as increased the values of mechanical flexural strength. The obtained phases had been identified as being Al3Nb, NbSi2, Nb5S3, Nb3Si and NbC. The samples that were submitted the infiltration process presented a layer next surface with reduced pores number in relation to the total volume

Síntese e caracterização de copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) e divinilbenzeno com propriedades magnéticas

Nesta dissertação, foram sintetizados copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) (PMMA), divinilbenzeno (DVB) com propriedades magnéticas pela técnica de polimerização em suspensão. O material utilizado para conferir propriedade magnética foi o ferro. Foi estudada a influência das variáveis reacionais para a formação de microesferas (ordem de adição das fases orgânica e aquosa e a dispersão do ferro antes e após a pré-polimerização), o efeito da concentração de ferro adicionado na polimerização, a influência da razão molar MMA/DVB na formação do copolímero, o efeito do tipo de agente de suspensão e a velocidade de agitação para a síntese dos copolímeros. Os copolímeros foram caracterizados quanto à morfologia, estabilidade térmica, teor de ferro incorporado, distribuição de tamanho de partículas, propriedades magnéticas, área superficial, volume e tamanho de poros. As análises de propriedades magnéticas mostraram que os materiais obtidos não apresentaram ciclos de histerese, estando assim próximos de um material com propriedades superparamagnéticas, com magnetização de saturação entre 8,0 e 13,0 emu/g. Os copolímeros sintetizados com velocidade de agitação 500 RPM, temperaturade 90 C, tempo de polimerização de 24h, monômeros MMA/DVB 50/50 (% molar); razão volumétrica fase orgânica/fase aquosa 1/3, diluente heptano, grau de diluição 100% apresentaram melhor controle morfológico, melhor magnetização de saturação, tamanho de partículas menores e maior tamanho de poros

Verificação à fadiga de pontes rodoviárias mistas (aço-concreto)

As pontes rodoviárias mistas (aço-concreto) estão sujeitadas às ações dinâmicas variáveis, por exemplo, devido ao tráfego de veículos sobre a superfície irregular do pavimento. Estas ações dinâmicas podem gerar a nucleação de fraturas ou mesmo a sua propagação sobre a estrutura. A correta consideração desses aspectos objetivou o desenvolvimento de uma metodologia de análise, com a finalidade de avaliar os níveis dos esforços e tensões oriundos do tráfego dos veículos sobre a superfície irregular do pavimento e, bem como, proceder uma verificação à fadiga de obras de arte rodoviárias em aço e mistas (aço-concreto). Para tal, as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por quatro vigas de aço longitudinais e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Simulam-se as almas das vigas de aço e as lajes de concreto do tabuleiro através de elementos finitos de casca. As mesas dessas vigas, transversinas e os enrijecedores são modelados por elementos de viga tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto).

Modelagem do comportamento dinâmico de passarelas tubulares em aço e mistas (aço-concreto)

A experiência dos engenheiros estruturais e os conhecimentos adquiridos pelo uso de materiais e novas tecnologias, têm ocasionado estruturas de aço e mistas (aço-concreto) de passarelas cada vez mais ousadas. Este fato tem gerado estruturas de passarelas esbeltas, e consequentemente, alterando os seus estados de limite de serviço e último associados ao seu projeto. Uma consequência direta desta tendência de projeto é o aumento considerável das vibrações das estruturas. Portanto, a presente investigação foi realizada com base em um modelo de carregamento mais realista, desenvolvido para incorporar os efeitos dinâmicos induzidos pela caminhada de pessoas. O modelo de carregamento considera a subida e a descida da massa efetiva do corpo em cada passo. A posição da carga dinâmica também foi alterada de acordo com a posição do pedestre sobre a estrutura e a função do tempo gerada, possui uma variação espacial e temporal. O efeito do calcanhar do pedestre também foi incorporado na análise. O modelo estrutural investigado baseia-se em uma passarela tubular (aço-concreto), medindo 82,5m. A estrutura é composta por três vãos (32,5 m, 20,0 m e 17,5 m, respectivamente) e dois balanços (7,5 m e 5,0 m, respectivamente). O sistema estrutural é constituído por perfis de aço tubular e uma laje de concreto, e é atualmente utilizada para travessia de pedestres. Esta investigação é realizada com base em resultados experimentais, relacionando a resposta dinâmica da passarela com as obtidas via modelos de elementos finitos. O modelo computacional proposto adota as técnicas de refinamento de malha, usualmente presente em simulações pelo método de elementos finitos. O modelo de elementos finitos foi desenvolvido e validado com resultados experimentais. Este modelo de passarela tubular permitiu uma avaliação dinâmica completa, investigando especialmente ao conforto humano e seus limites de utilização associados à vibração. A resposta dinâmica do sistema, em termos de acelerações de pico, foi obtida e comparada com os valores limites propostos por diversos autores e padrões de projeto. As acelerações de pico encontradas na presente análise indicou que a passarela tubular investigada apresentou problemas relacionados com o conforto humano. Por isso, foi detectado que este tipo de estrutura pode atingir níveis de vibrações excessivas que podem comprometer o conforto do usuário na passarela e especialmente a sua segurança.