Sistemas elastoméricos de rede aleatória: caracterização molecular, estrutural e dinâmica

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Engenharia de Materiais, especialidade de Materiais Poliméricos, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia.

Avaliação da evolução das características de argamassas de cal aérea com diferentes teores de metacaulino sujeitas a ambientes de diferente humidade relativa

Dissertação para obtenção do grau Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Estudo da resistência de juntas adesivas em L entre alumínio e material compósito

As ligações adesivas são frequentemente utilizadas na fabricação de estruturas complexas que não poderiam ou não seriam tão fáceis de ser fabricadas numa só peça, a fim de proporcionar uma união estrutural que, teoricamente, deve ser pelo menos tão resistente como o material de base. As juntas adesivas têm vindo a substituir métodos como a soldadura, e ligações parafusadas e rebitadas, devido à facilidade de fabricação, menor custo, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistência, entre outras características. Os materiais compósitos reforçados com fibra de carbono são amplamente utilizados em muitas indústrias, tais como de construção de barcos, automóvel e aeronáutica, sendo usados em estruturas que requerem elevada resistência e rigidez específicas, o que reduz o peso dos componentes, mantendo a resistência e rigidez necessárias para suportar as diversas cargas aplicadas. Embora estes métodos de fabricação reduzam ao máximo as ligações através de técnicas de fabrico avançadas, estas ainda são necessárias devido ao tamanho dos componentes, limitações de projecto tecnológicas e logísticas. Em muitas estruturas, a combinação de compósitos com metais tais como alumínio ou titânio traz vantagens de projecto. Este trabalho tem como objectivo estudar, experimentalmente e por modelos de dano coesivo (MDC), juntas adesivas em L entre componentes de alumínio e compósito de carbono epóxido quando solicitados a forças de arrancamento, considerando diferentes configurações de junta e adesivos de ductilidade distinta. Os parâmetros geométricos abordados são a espessura do aderente de alumínio (tP2) e comprimento de sobreposição (LO). A análise numérica permitiu o estudo da distribuição das tensões, evolução do dano, resistência e modos de rotura. Os testes experimentais validam os resultados numéricos e fornecem mecanismos de projecto para juntas em L. Foi mostrado que a geometria do aderente em L (alumínio) e o tipo de adesivo têm uma influência directa na resistência de junta.

Caracterização de argamassas de cal hidráulica natural com metacaulino

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Argamassas de cal hidráulica natural NHL5 Influência do teor em metacaulino, da cura e da idade

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Avaliação da durabilidade de fios metálicos embebidos em argamassa de cal aérea e pozolana sujeita a envelhecimento artificial

Dissertação para obtenção do Grau Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Avaliação do efeito combinado de temperatura, tempo de repouso e pressão de injecção na eficiência de injecção de grouts

Na maioria dos monumentos e edifícios que constituem os centros históricos e urbanos, não só em Portugal, como também noutras cidades europeias, as paredes são em alvenaria. Actualmente, grande parte destas construções em alvenaria apresenta danos estruturais, pelo que devido ao seu valor patrimonial, cultural e arquitectónico, devem ser alvo de especial atenção para sua conservação. O presente trabalho incide sobre uma das técnicas que tem sido considerada mais adequada para restabelecer a homogeneidade, uniformidade de tensões e continuidade dos panos de alvenaria antiga: a injecção de grouts (caldas). A injecção de grouts tem dois objectivos principais, sendo o primeiro o preenchimento dos vazios e fendas existentes, no sentido de aumentar a compacidade da alvenaria e,consequentemente, a resistência à flexão, à compressão e ao corte. O segundo objectivo tem por base a criação de ligações entre dois ou mais panos de uma alvenaria, o que é fundamental no caso de ligações defeituosas entre os panos, incrementado o comportamento monolítico da alvenaria. A realização de injecções de grout em edifícios históricos deve ter em conta a compatibilidade com os materiais existentes. Por isso, neste estudo foi escolhido um grout à base de cal hidráulica, devido à maior proximidade física, mecânica e química com os materiais de alvenarias antigas. O grout deve ser concebido de forma a obter o melhor desempenho, quer do ponto de vista da injectabilidade, quer de durabilidade. Torna-se então fundamental adquirir um conhecimento sobre os parâmetros que influenciam as propriedades do grout no que respeita ao momento de injecção, como também da compacidade que adquire após inserido no interior do meio poroso. Neste sentido no presente trabalho abordam-se parâmetros como a temperatura e a pressão a que o grout é injectado, e o tempo (de repouso) desde o momento da preparação do grout até à sua injecção. De forma a aumentar a compacidade e resistência mecânica da alvenaria a ser injectada por grout, procura-se avaliar o efeito da presença de diferentes quantidades de sílica de fumo na composição do grout. Com o intuito de estudar os parâmetros descritos analisaram-se modelos injectados com grout de forma a simular injecções de grout realizadas no pano interior de alvenarias antigas de pedra constituídas por três panos. No sentido de avaliar a qualidade destas injecções de grouts recorreu-se ao ensaio de ultra-sons e à tomografia ultra-sónica. A combinação destas técnicas de análise nãodestrutivas pode ser aplicada de forma bastante útil na detecção da morfologia interna dos modelos criados, fornecendo uma informação quantitativa e qualitativa sobre a sua compacidade e densidade. De forma a conferir a viabilidade do ensaio de ultra-sons e da tomografia ultra-sónica, realizaram-se ensaios mecânicos, nomeadamente, o ensaio de resistência à tracção por compressão diametral e o ensaio de corte, com o intuito de conhecer as resistências mecânicas dos provetes

Argamassas fracamente hidráulicas para reparação de rebocos

A classificação e as características das cais hidráulicas naturais (NHL) sofreram uma alteração com a entrada em vigor da nova versão da norma europeia referente às cais de construção. Atualmente existem três classes de NHL: NHL2, NHL3.5 e NHL5. Estas cais apresentam quantidades decrescentes de hidróxido de cálcio na sua constituição e, quando utilizadas em argamassas, conduzem a características crescentes de hidraulicidade. Portugal é um dos poucos países a nível mundial que produz cais hidráulicas naturais. É importante conhecer as características obtidas com a cal NHL2 que recentemente surgiu no mercado. Para além do ligante, o agregado, e nomeadamente a sua distribuição granulométrica, também desempenha um papel muito importante nas características das argamassas. Por estas razões formularam-se e caracterizaram-se, no estado fresco e endurecido, argamassas ao traço volumétrico 1:3 com NHL2 com três granulometrias distintas de agregados siliciosos: uma areia média, uma areia fina e uma mistura de areias com distribuição granulométrica semelhante à areia CEN. As características obtidas foram comparadas com as de argamassas realizadas com agregado idêntico mas formuladas com uma cal aérea CL90. Os ensaios mecânicos foram realizados aos 28 dias. Os resultados obtidos mostram que as argamassas com NHL2 estudadas, para o mesmo traço em volume, necessitam de uma quantidade massica menor de água que as argamassas de cal aérea CL e têm resistências mecânicas mais elevadas mas que parecem adequadas para aplicação na reparação de edifícios antigos. As argamassas produzidas com a mistura de areias próxima da areia CEN obtiveram resistências mecânicas mais elevadas que as argamassas produzidas com as areias monogranulares.

Novas suturas à base de nanofibras poliméricas

As suturas são dispositivos médicos utilizados na aproximação dos bordos de feridas cirúrgicas ou acidentais. O objectivo deste trabalho consistiu em produzir um fio de sutura com base num material polimérico biodegradável. Para a produção do fio utilizou-se a técnica de electrofiação que permite a obtenção de fibras de diâmetro sub-micrométrico a partir de soluções poliméricas. Os polímeros usados foram a policaprolactona (PCL) e o acetato de celulose (AcCel), polímero sintético e natural, respectivamente. Usaram-se como solventes o clorofórmio e a dimetilacetamida. Foram realizados ensaios mecânicos para caracterizar as propriedades mecânicas das fibras. As fibras compostas por PCL e AcCel apresentaram tensão máxima inferior e módulo de Young superior às fibras de PCL. Concluiu-se que a adição de acetato de celulose tornou as fibras menos elásticas, como era esperado. Quando submetidos a deformações cíclicas, ambos os tipos de fibras mostraram um comportamento idêntico ao apresentado por uma amostra do mesmo material numa única tracção. Para obter os fios, utilizaram-se dois instrumentos de corte. Depois de alongados obtiveram-se fios com calibres correspondentes a 5-0 e 4-0, segundo a classificação da Pharmacopeia dos Estados Unidos. De seguida foram feitos testes in vivo em dois ratos de laboratório, da estirpe Wistar. Durante o procedimento cirúrgico os fios mostraram ser de fácil manuseamento permitindo um bom atravessamento dos tecidos. Observou-se uma boa regeneração dos tecidos apresentando uma cicatrização limpa e com bom aspecto. Os fios de sutura desenvolvidos neste trabalho reúnem as vantagens das suturas mono-filamento e multi-filamento sem nenhuma das respectivas desvantagens.

Análise e otimização de materiais compósitos de microestrutura periódica

A presente dissertação tem como principais objetivos a otimização topológica de materiais compósitos de microestrutura periódica e a análise de efeitos de escala na caracterização das propriedades elásticas dos mesmos. No desenvolvimento deste trabalho, é abordada a teoria da homogeneização que é usualmente utilizada para estimar as propriedades elásticas de materiais compósitos periódicos de modo a tratar um meio heterogéneo como um meio homogéneo com propriedades mecânicas equivalentes. É realizada uma verificação e validação das hipóteses utilizadas por esta teoria, com o fim de determinar em que condições os resultados homogeneizados são credíveis e qual a margem de erro associada a esses mesmos resultados. O modelo de material aqui utilizado é obtido pela repetição de uma célula de base unitária (microestrutura representativa) em todas as direções espaciais. Trata-se de um modelo de material tridimensional de duas fases, sólido e vazio (material poroso). São estudadas diferentes topologias de microestruturas, obtidas através de um algoritmo de otimização topológica utilizando o método da homogeneização inversa. Para que fosse utilizada uma amostra suficientemente representativa de diferentes casos de anisotropia de material, foi utilizado um gerador de números aleatórios para reproduzir os estados de tensão ou deformação a serem utilizados no processo de otimização das microestruturas. Desta forma, é realizado um estudo quanto à anisotropia de material e a sua influência nas propriedades elásticas do material. O estudo de efeitos de escala toma uma grande importância neste trabalho, sendo estimados numericamente os tensores elásticos que caracterizam o material e estudada a sua convergência em relação aos tensores obtidos pelo método da homogeneização. Da mesma forma, é realizado um estudo numérico de convergência da densidade de energia de deformação e de tensão para diferentes condições de ensaios mecânicos. Os resultados indicam que um baixo fator de escala é suficiente para substituir um compósito heterogéneo por um material homogéneo com propriedades elásticas calculadas pela teoria da homogeneização.

Análise da injectabilidade do grout variando o meio poroso ao longo do escoamento

O envelhecimento do património edificado que constitui a maioria dos centros históricos e urbanos, não só em Portugal, como em toda a Europa, é uma realidade. Parcela significativa destes edifícios é constituída por paredes de alvenaria de pedra em mau estado de conservação. A necessidade crescente de intervenção no sentido de optimizar as respectivas condições de segurança destes edifícios é por isso prioritária. Uma das técnicas mais comuns, usadas na consolidação de alvenarias antigas e elementos arquitectónicos danificados, é a injecção de grouts. A utilização desta técnica tem como finalidade, não só o preenchimento de vazios existentes, de modo a aumentar a compacidade e resistência mecânica do núcleo da estrutura, mas também a criação de uma boa ligação com os panos exteriores, permitindo que a alvenaria recupere o seu comportamento monolítico. No entanto, é necessário ter em consideração, antes de qualquer intervenção de reabilitação, a compatibilidade entre os materiais originais e os materiais utilizados na intervenção. Deste modo, optou-se pela utilização de um ligante, cuja as propriedades mecânicas, físicas e químicas mais se assemelham aos materiais originais em alvenarias antigas, caso da cal hidráulica. Outro aspecto de grande importância a ter em conta, na injecção de grouts, é o poder de penetração da mistura. Assim, a necessidade de avaliação da eficiência da injecção em diferentes meios porosos conduziu à criação de modelos com diferentes composições que simulassem, com a maior fiabilidade possível, meios porosos encontrados no pano interior de alvenarias antigas. O presente trabalho incide principalmente na realização de ensaios de injecção, tendo como objectivo a análise da influência da variabilidade do meio poroso ao longo da altura de injecção de grout. Foram ainda realizados, de modo a avaliar a qualidade destas injecções, ensaios de velocidade de propagação de ultra-sons, assim como, a utilização da técnica de tomografia ultra-sónica. A combinação deste ensaio e técnica de análise não-destrutivas revelou-se de grande utilidade na avaliação da morfologia interna dos modelos criados. De forma a conhecer as resistências mecânicas e as respectivas relações com a qualidade de injecção dos meios porosos, realizaram-se ensaios de resistência à tracção por compressão diametral (também designados por Splitting Tensile Strength Test). Por fim, na última parte deste trabalho, de modo a simular os testes de injecção realizados anteriormente em laboratório, foi usado um modelo analítico tendo como ponto de partida a teoria de fluxo laminar viscoso através de meios porosos, com base na lei de Darcy.

Análise experimental da resistência ao corte do núcleo interior de alvenarias de pano múltiplo consolidadas com injecção de grouts

A quantidade de edifícios em degradação em Portugal que necessita de reabilitação é bastante elevada. As alvenarias antigas e históricas por vezes apresentam um estado avançado de degradação por ineficiente concepção ou por falta de manutenção. Desta forma as alvenarias necessitam de acções de reforço e consolidação com o intuito de fortalecer as suas resistências a diversos tipos de carregamentos. A presente dissertação está relacionada com uma técnica de consolidação das mais utilizadas e actuais, a injecção de grouts em alvenarias. O reforço por injecção de grouts é bastante utilizado em alvenarias de pano múltiplo, onde permite uma maior coesão entre materiais, uniformidade de tensões e continuidade de panos. Os principais objectivos de consolidação de uma alvenaria através da técnica de injecção de grouts são: a ocupação de espaços vazios de forma a aumentar a sua rigidez e a sua resistência; e o restabelecimento das ligações entre panos que ao longo do tempo deixou de existir, ou seja, um comportamento monolítico quando aplicado um carregamento vertical ou horizontal como um sismo. Daí a importância da análise de resistência ao corte numa da alvenaria de pano múltiplo. O presente trabalho teve uma componente laboratorial muito extensa, onde se efectuou injecções em modelos paralelipipédicos simulando o núcleo interior de uma parede de alvenaria antiga. O grout constituído por cal hidraúlica, superplastificante e água foi injectado no molde com um dos meios porosos de um dos dois materiais, calcário ou cerâmico. Após a cura cortaram-se em fatias os provetes e analisou-se a velocidade de propagação de ultra-sons com dois tipos de trandutores (cilíndricos e cónicos). Os ensaios mecânicos utilizados foram o diagonal test e o ensaio de corte directo de modo a determinar a resistência ao corte e finalmente comparou-se os valores dos ensaios para determinação das propriedades. Ainda com o intuito de avaliar as ligações grout-partícula do meio poroso foram avaliadas algumas fotografias tiradas a partir da lupa binocular. A técnica de injecção de grouts demonstrou-se uma técnica muito interessante e eficiente na análise de corte, no entanto esta técnica apresenta melhores resultados quando é utilizada em consonância com outras técnicas.

Estudo da aplicação de adesivos de cura UV em conservação e restauro de vidro e vitral

Do presente trabalho resultou a submissão de um artigo, com o título UV Curing Adhesives for Conservation of Glass- Chemical and Mechanical Stability, para comunicação oral em conferência internacional intitulada Recent Advances in Glass and Ceramics Conservation, a ocorrer em Wroclaw, Polónia, de 25 a 29 de Maio de 2016, no âmbito do ICOM-CC Glass and Ceramics Working Group Interim Meeting.

Curvamento de madeira maciça da Amazônia

RESUMOO pré-selecionamento de espécies madeireiras da Amazônia, determinou quais as mais adequadas ao curvamento de madeira maciça. Foram elaborados ensaios mecânicos de compressão paralela às fibras em amostras representativas de um determinado número de espécies, que aquecidas por vaporização, determinaram os níveis de compressibilidade das mesmas. Foram testadas amostras de todas as espécies pré-selecionadas também ao processo de curvamento e, determinados seus raios mínimos de curvatura.