Cellulose modified fibres in cement based composites

The objective of the present work is to evaluate the effect of surface modification of cellulose pulp fibres on the mechanical and microstructure of fibre-cement composites. Surface modification of the cellulose pulps was performed with Methacryloxypropyltri-methoxysilane (MPTS) and Aminopropyltri-ethoxysilane (APTS) in an attempt to improve their durability into fibre-cement composites. The surface modification showed significant influence on the microstructure of the composites on the fibre-matrix interface and in the mineralization of the fibre lumen as seen by scanning electron microscopy (SEM) with back-scattered electron (BSE) detector. Accelerated ageing cycles decreased modulus of rupture (MOR) and toughness (TE) of the composites. Composites reinforced with MPTS-modified fibres presented fibres free from cement hydration products, while APTS-modified fibres presented accelerated mineralization. Higher mineralization of the fibres led to higher embrittlement of the composite after accelerated ageing cycles. These observations are therefore very useful for understanding the mechanisms of degradation of fibre-cement composites. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Residual stresses in TiN, DLC and MoS(2) coated surfaces with regard to their tribological fracture behaviour

Thin hard coatings on components and tools are used increasingly due to the rapid development in deposition techniques, tribological performance and application skills. The residual stresses in a coated surface are crucial for its tribological performance. Compressive residual stresses in PVD deposited TiN and DLC coatings were measured to be in the range of 0.03-4 GPa on steel substrate and 0.1-1.3 GPa on silicon. MoS(2) coatings had tensional stresses in the range of 0.8-1.3 on steel and 0.16 GPa compressive stresses on silicon. The fracture pattern of coatings deposited on steel substrate were analysed both in bend testing and scratch testing. A micro-scale finite element method (FEM) modelling and stress simulation of a 2 mu m TiN-coated steel surface was carried out and showed a reduction of the generated tensile buckling stresses in front of the sliding tip when compressive residual stresses of 1 GPa were included in the model. However, this reduction is not similarly observed in the scratch groove behind the tip, possibly due to sliding contact-induced stress relaxation. Scratch and bending tests allowed calculation of the fracture toughness of the three coated surfaces, based on both empirical crack pattern observations and FEM stress calculation, which resulted in highest values for TiN coating followed by MoS(2) and DLC coatings, being K(C) = 4-11, about 2, and 1-2 MPa M(1/2), respectively. Higher compressive residual stresses in the coating and higher elastic modulus of the coating correlated to increased fracture toughness of the coated surface. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electrospun silk-elastin-like fiber mats for tissue engineering applications

Protein-based polymers are present in a wide variety of organisms fulfilling structural and mechanical roles. Advances in protein engineering and recombinant DNA technology allow the design and production of recombinant protein-based polymers (rPBPs) with an absolute control of its composition. Although the application of recombinant proteins as biomaterials is still an emerging technology, the possibilities are limitless and far superior to natural or synthetic materials, as the complexity of the structural design can be fully customized. In this work, we report the electrospinning of two new genetically engineered silk-elastin-like proteins (SELPs) consisting of alternate silk- and elastin-like blocks. Electrospinning was performed with formic acid and aqueous solutions at different concentrations without addition of further agents. The size and morphology of the electrospun structures was characterized by scanning electron microscopy showing to be dependent of concentration and solvent used. Treatment with air saturated with methanol was employed to stabilize the structure and promote water insolubility through a time-dependent conversion of random coils into β-sheets (FTIR). The resultant methanol-treated electrospun mats were characterized for swelling degree (570-720%), water vapour transmission rate (1083 g/m2/day) and mechanical properties (modulus of elasticity of ~126 MPa). Furthermore, the methanol-treated SELP fiber mats showed no cytotoxicity and were able to support adhesion and proliferation of normal human skin fibroblasts. Adhesion was characterized by a filopodia-mediated mechanism. These results demonstrate that SELP fiber mats can provide promising solutions for the development of novel biomaterials suitable for tissue engineering applications.

Estudo da utilização de fibras em misturas betuminosas

A presente dissertação tem como objectivo principal aprofundar os conhecimentos sobre a incorporação de fibras em misturas betuminosas, em particular, sobre as misturas do tipo Stone Mastic Asphalt (SMA). Para este tipo de mistura betuminosa existe uma norma de produto europeia, a EN 13108-5:2006. Os ensaios tipo iniciais para efeitos de certificação CE das misturas estão contemplados na norma portuguesa NP EN 13108-20:2008, onde também são estipuladas as condições de ensaio. São descritos diversos tipos de fibras passíveis de serem utilizadas no fabrico da mistura betuminosa do tipo SMA, dando especial enfoque às misturas fabricadas com fibras celulósicas, uma vez que este tipo específico de mistura é frequentemente aplicado em camada de desgaste noutros países, com reconhecidas vantagens em termos de durabilidade e desempenho do pavimento. As misturas do tipo SMA são descritas, analisando-se métodos de formulação e métodos para a sua caracterização. Posteriormente, são apresentados e discutidos os trabalhos experimentais levados a cabo para um caso concreto. Os ensaios realizados permitiram caracterizar a mistura quanto à sensibilidade à água, ao seu módulo de rigidez e resistência à deformação permanente. Conclui-se que a mistura do tipo SMA com a incorporação de fibras analisada, apresenta bom comportamento à deformação permanente e boa resistência á acção da água, comparativamente às misturas betuminosas tradicionais aplicadas em camada de desgaste.

Degradação da madeira por caruncho em edifícios antigos: uma análise experimental

O presente trabalho apresenta um estudo laboratorial que teve como finalidade o reconhecimento de perda de propriedades da madeira de edifícios antigos quando degradada por carunchos. Foi estudada madeira antiga de pinho e de choupo, com idades compreendidas entre 100 e 200 anos. Como abordagem inicial são apresentadas as características da madeira e dos edifícios pombalinos e gaioleiros onde esta era bastante usada, não só como elemento deacabamento, mas principalmente como elemento estrutural. São apresentados os vários fatores que levam à degradação da madeira assim como alguns métodos de avaliação e diagnóstico dos estados de conservação dos elementos de madeira que se encontram nos edifícios. É também desenvolvido um estudo sobre o caruncho grande e caruncho pequeno, seu ciclo de vida e forma como degrada a madeira, servindo de base ao estudo laboratorial. No desenvolvimento foi avaliado o estado de degradação de provetes de madeira antiga com 30 x 30 x 90 mm e de seguida correlacionado com a sua resistência à compressão, o seu módulo de elasticidade e a extensão em fase plástica. Desta forma pretende-se estudar o modo como os diferentes estados de degradação por caruncho influenciam as caraterísticas mecânicas das peças de madeira.

Strap repair optimization by using embedded patches

Adhesively-bonded techniques offer an attractive option for repair of aluminium structures, and currently there are three widely used configurations, i.e., single-strap (SS), double-strap (DS) and scarf repairs. SS and DS repairs are straightforward to execute but stresses in the adhesive layer peak at the ends of the overlap. DS repairs additionally require both sides of the damaged structures to be reachable for repair, which is often not possible. In these repair configurations, some limitations emerge such as the weight, aerodynamic performance and aesthetics. The scarf repair is more complex to fabricate but stresses are more uniform along the adhesive bondline. Few studies of SS and DS repairs with embedded patches, such that these are completely flush with the adherends, are available in the literature. Furthermore, no data is available about the effects of geometrical and material parameters (e.g. the Young’s modulus of adhesive, E) on the mechanical behaviour optimization of embedded repairs. For this purpose, in this work standard SS and DD repairs, and also with embedded patches in the adherends, were tested under tension to allow the geometry optimization, by varying the overlap length (LO), thus allowing the maximization of the repairs strength. The influence of the patch embedding technique, showing notorious advantages such as aerodynamic or aesthetics, was compared in strength with standard strap repairs, for the viability analysis of its implementation. As a result of this work, some conclusions were drawn for the design optimization of bonded repairs on aluminium structures.

Extended immersive learning environment: a hybrid remote/virtual laboratory

This paper presents a collaborative virtual learning environment, which includes technologies such as 3D virtual representations, learning and content management systems, remote experiments, and collaborative learning spaces, among others. It intends to facilitate the construction, management and sharing of knowledge among teachers and students, in a global perspective. The environment proposes the use of 3D social representations for accessing learning materials in a dynamic and interactive form, which is regarded to be closer to the physical reality experienced by teachers and students in a learning context. A first implementation of the proposed extended immersive learning environment, in the area of solid mechanics, is also described, including the access to theoretical contents and a remote experiment to determine the elastic modulus of a given object.These instructions give you basic guidelines for preparing camera-ready papers for conference proceedings. Use this document as a template if you are using Microsoft Word 6.0 or later. Otherwise, use this document as an instruction set. The electronic file of your paper will be formatted further. Define all symbols used in the abstract. Do not cite references in the abstract.

Diagnóstico e avaliação da segurança de estruturas de madeira existentes

A utilização da madeira enquanto material estrutural é um aspeto abordado com algum receio ou até desconhecimento por parte dos elementos intervenientes no processo de construção civil, sendo ainda uma área pouco lecionada e muitas vezes excluída dos planos curriculares em Engenharia Civil. Assim sendo é importante o surgimento de trabalhos relacionados com esta matéria, relembrando ao sector da construção civil e ao ramo de estudo relacionado, que a madeira já teve e possivelmente voltará a ter um papel importante a desempenhar na área da construção. Um dos aspetos evidenciados nos estudos realizados consiste na importância da reabilitação de edifícios e do seu papel cada vez mais determinante na sociedade. Esta metodologia de intervenção apresenta-se muitas vezes como uma vantagem económica assim como contribui para a preservação do património arquitetónico e cultural, cujo valor histórico é incalculável. A importância da reabilitação de edifícios habitacionais nas zonas históricas, bem como de monumentos de grande importância cultural apresenta-se cada vez mais como um desafio devido à falta de conservação dos mesmos ao longo da sua vida útil, e da necessidade de preservar a identidade do local, beneficiando assim a qualidade do tecido urbano. Assim sendo, este trabalho apresenta um levantamento dos danos possíveis de ocorrer em elementos de madeira, dando especial destaque aos agentes patológicos e às consequências da sua atividade na madeira assim como às metodologias de inspeção e diagnóstico que poderão ser aplicadas em estruturas de madeira existentes, favorecendo assim a vertente da reabilitação ao invés da demolição. Estas metodologias recorrem a ensaios não destrutivos, como é exemplo o Pilodyn, o Resistógrafo, o Ultra-sons, etc., referindo também o recurso a ensaios destrutivos, cuja utilização terá de ser uma questão muito bem ponderada devido às consequências que implica. Por fim, apresenta-se um caso real de estudo em que se analisa um pavimento em madeira através da aplicação de metodologias de ensaio não destrutivas e destrutivas a amostras recolhidas. O objetivo será determinar o estado de conservação da madeira e algumas características físicas tais como a sua densidade e os módulos de elasticidade, sendo posteriormente efetuada uma análise estrutural. Os resultados obtidos permitem efetuar uma avaliação qualitativa do estado geral do pavimento sendo as principais conclusões que o pavimento se encontra atacado por parte de insetos xilófagos e apresenta problemas a nível de verificação a estados limite de utilização, deformação e vibração, fator que condiciona a possível utilização do pavimento.

POST-PROCESSING TECHNIQUES SUITABILITY FOR MESOLEVEL FREE BOUNDARY FLOWS

Reliable flow simulation software is inevitable to determine an optimal injection strategy in Liquid Composite Molding processes. Several methodologies can be implemented into standard software in order to reduce CPU time. Post-processing techniques might be one of them. Post-processing a finite element solution is a well-known procedure, which consists in a recalculation of the originally obtained quantities such that the rate of convergence increases without the need for expensive remeshing techniques. Post-processing is especially effective in problems where better accuracy is required for derivatives of nodal variables in regions where Dirichlet essential boundary condition is imposed strongly. In previous works influence of smoothness of non-homogeneous Dirichlet condition, imposed on smooth front was examined. However, usually quite a non-smooth boundary is obtained at each time step of the infiltration process due to discretization. Then direct application of post-processing techniques does not improve final results as expected. The new contribution of this paper lies in improvement of the standard methodology. Improved results clearly show that the recalculated flow front is closer to the ”exact” one, is smoother that the previous one and it improves local disturbances of the “exact” solution.

Estudo da delaminação em compósitos

As excelentes propriedades mecânicas, associadas ao seu baixo peso, fazem com que os materiais compósitos sejam atualmente dos mais interessantes da nossa sociedade tecnológica. A crescente utilização destes materiais e a excelência dos resultados daí provenientes faz com que estes materiais sejam utilizados em estruturas complexas de responsabilidade, pelo que a sua maquinagem se torna necessária de forma a possibilitar a ligação entre peças. O processo de furação é o mais frequente. O processo de maquinagem de compósitos terá como base os métodos convencionais utilizados nos materiais metálicos. O processo deverá, no entanto, ser convenientemente adaptado, quer a nível de parâmetros, quer a nível de ferramentas a utilizar. As características dos materiais compósitos são bastante particulares pelo que, quando são sujeitos a maquinagem poderão apresentar defeitos tais como delaminação, fissuras intralaminares, arrancamento de fibras ou dano por sobreaquecimento. Para a detecção destes danos, por vezes a inspeção visual não é suficiente, sendo necessário recorrer a processos específicos de análise de danos. Existem já, alguns estudos, cujo âmbito foi a obtenção de furos de qualidade em compósitos, com minimização do dano, não se podendo comparar ainda com a informação existente, no que se refere à maquinagem de materiais metálicos ou ligas metálicas. Desta forma, existe ainda um longo caminho a percorrer, de forma a que o grau de confiança na utilização destes materiais se aproxime aos materiais metálicos. Este trabalho experimental desenvolvido nesta tese assentou essencialmente na furação de placas laminadas e posterior análise dos danos provocados por esta operação. Foi dada especial atenção à medição da delaminação causada pela furação e à resistência mecânica do material após ser maquinado. Os materiais utilizados, para desenvolver este trabalho experimental, foram placas compósitas de carbono/epóxido com duas orientações de fibras diferentes: unidireccionais e em “cross-ply”. Não se conseguiu muita informação, junto do fornecedor, das suas características pelo que se levaram a cabo ensaios que permitiram determinar o seu módulo de elasticidade. Relativamente á sua resistência â tração, como já foi referido, a grande resistência oferecida pelo material, associada às limitações da máquina de ensaios não permitiu chegar a valores conclusivos. Foram usadas três geometrias de ferramenta diferentes: helicoidal, Brad e Step. Os materiais utilizados nas ferramentas, foram o aço rápido (HSS) e o carboneto de tungsténio para as brocas helicoidais de 118º de ângulo de ponta e apenas o carboneto de tungsténio para as brocas Brad e Step. As ferramentas em diamante não foram consideradas neste trabalho, pois, embora sejam reconhecidas as suas boas características para a maquinagem de compósitos, o seu elevado custo não justifica a sua escolha, pelo menos num trabalho académico, como é o caso. As vantagens e desvantagens de cada geometria ou material utilizado foram avaliadas, tanto no que diz respeito à delaminação como á resistência mecânica dos provetes ensaiados. Para a determinação dos valores de delaminação, foi usada a técnica de Raio X. Algum conhecimento já existente relativamente a este processo permitiu definir alguns parâmetros (por exemplo: tempo de exposição das placas ao liquido contrastante), que tornaram acessível o procedimento de obtenção de imagens das placas furadas. Importando estas imagens para um software de desenho (no caso – AutoCad), foi possível medir as áreas delaminadas e chegar a valores para o fator de delaminação de cada furo efetuado. Terminado este processo, todas as placas foram sujeitas a ensaios de esmagamento, de forma a avaliar a forma como os parâmetros de maquinagem afectaram a resistência mecânica do material. De forma resumida, são objetivos deste trabalho: - Caracterizar as condições de corte em materiais compósitos, mais especificamente em fibras de carbono reforçado com matriz epóxida (PRFC); - Caracterização dos danos típicos provocados pela furação destes materiais; - Desenvolvimento de análise não destrutiva (RX) para avaliação dos danos provocados pela furação; - Conhecer modelos existentes com base na mecânica da fratura linear elástica (LEFM); - Definição de conjunto de parâmetros ideais de maquinagem com o fim de minimizar os danos resultantes da mesma, tendo em conta os resultados provenientes dos ensaios de força, da análise não destrutiva e da comparação com modelos de danos existentes e conhecidos.

Preparação de biofilmes a partir de resíduos da indústria de curtumes

A indústria dos curtumes é uma das indústrias mais antigas e tradicionais de Portugal e é também uma das mais poluentes. Esta indústria produz muitos resíduos sólidos, entre os quais, está o pelo de bovino. A valorização deste resíduo permite reduzir o impacto ambiental e aumentar a eco-eficiência da indústria dos curtumes. O pelo de bovino, rico em queratina, é um bom candidato para a produção de biofilmes. O objetivo deste trabalho foi a valorização de um resíduo de indústria de curtume (pelo de bovino) através da produção de filmes à base de queratina por termocompressão. Foi estudada a melhor formulação e as condições operatórias mais favoráveis com a finalidade de melhorar as propriedades mecânicas dos filmes. O trabalho realizado durante este projeto dividiu-se em 5 partes: preparação do material, caracterização do material, seleção do pré-tratamento, produção de filmes e caracterização dos filmes. Foram produzidos filmes para a seleção do pré-tratamento e para a respetiva caracterização. Os pré-tratamentos testados foram: tratamento com detergente, tratamento com detergente e sulfureto de sódio e, tratamento com detergente e éter de petróleo. O pré-tratamento selecionado foi o tratamento com detergente. Para a produção de filmes para a posterior caracterização, foram escolhidos 4 conjuntos de condições operatórias diferentes: 160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 30% glicerol; 160 oC – 147 kN – 8 min – 40% glicerol; 160 oC – 147 kN – 12 min – 40% glicerol; identificados como Conjuntos A, B, C e D, respetivamente. Na caracterização dos filmes foram analisados vários parâmetros, nomeadamente a espessura, a permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água, as isotérmicas de sorção, a cor, a solubilidade e as propriedades mecânicas. Também foram feitas as análises de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Concluiu-se que os filmes do conjunto A (160 oC – 147 kN – 8 min – 30% glicerol) tiveram um melhor desempenho apresentando espessuras médias de 0,25 0,02 mm, permeabilidade ao vapor de água ao vapor de água igual a 1,20 x 10-8 6,79 x 10-10 g/(m.s.Pa), solubilidade igual a 27,9 0,4 %, tensão de rutura média igual a 9,23 1,19 N/mm2, deformação na rutura média igual a 1,9 0,2 % e módulo de elasticidade médio igual a 554 26 N/mm2. Verificou-se um bom ajuste do modelo de GAB aos resultados experimentais. A análise DSC indicou uma temperatura de fusão aos 170 ºC para a mistura de pelo e glicerol que não se verificou nos filmes formados e indicou a temperatura de degradação do material por volta dos 240-250 ºC. A análise SEM mostrou que os filmes não estão totalmente fundidos e provou a irregularidade da superfície dos mesmos. Provou-se que é possível a produção de filmes de pelo bovino sendo ainda necessário melhorar o processo de mistura do pelo com o glicerol.

Earth-based repair mortars: experimental analysis with different binders and natural fibers

RESTAPIA 2012 - Int. Conf. on Rammed Earth Conservation, Valencia, 21-23 June 2012

Characterization tests for insulation boards made from corn cob and natural glues

In recent years there has been a growing interest in developing news solutions for more ecologic and efficient construction, including natural, renewable and local materials, thus contributing in the search for more efficient, economic and environmentally friendly construction. Several authors have assessed the possibility of using various agricultural sub products or wastes, as part of the effort of the scientific community to find alternative and more ecologic construction materials. Corn cob is an agricultural waste from a very important worldwide crop. Natural glues are made from natural materials, non-mineral, that can be used as such or after some modifications to achieve the behaviour and performance required. Two examples of these natural glues are casein and wheat flour-based glues that were used in the present study. Boards with different compositions were manufactured, having as variables the type of glue, the dimension of the corn cob particles and the features of the pressing process. The tests boards were characterized with physical and mechanical tests, such as thermal conductivity (λ) with a ISOMET 2104 and 60 mm diameter contact probe, density (ρ) based on EN 1602:2013, surface hardness (SH) with a PCE Shore A durometer, surface resistance (SR) with a PROCEQ PT pendular sclerometer, bending behaviour (σ) based on EN 12089:2013, compression behaviour (σ10) based on EN 826:2013 and resilience (R) based on EN 1094-1:2008, with a Zwick Rowell bending equipment with 2 kN and 50 kN load cells (Fig. 1), dynamic modulus of elasticity (Ed) with a Zeus Resonance Meter equipment (Fig. 5) based on NP EN 14146:2006 and water vapour permeability (δ) based on EN 12086:2013. The various boards produced were characterized according to the tests and the ones with the best results were C8_c8 (casein glue, grain size 2,38-4,76 mm, cold pressing for 8 hours), C8_c4 (casein glue, grain size 2,38-4,76 mm, cold pressing for 4 hours), F8_h0.5 (wheat flour glue, grain size 2,38-4,76 mm, hot pressing for 0,5 hours), FEV8_h0.5 (wheat flour, egg white and vinegar glue, grain size 2,38-4,76 mm, hot pressing for 0,5 hours) and FEVH68_c4 (wheat flour, egg white, vinegar and 6 g of sodium hydroxide glue, grain size 2,38-4,76 mm, cold pressing for 4 hours). Taking into account the various boards produced and respective test results the type of glue and the pressure and pressing time are very important factors which strongly influence the final product. The results obtained confirmed the initial hypotheses that these boards have potential as a thermal and, eventually, acoustic insulation material, to use as coating or intermediate layer on walls, floors or false ceilings. This type of board has a high mechanical resistance when compared with traditional insulating materials.The integrity of these boards seems to be maintained even in higher humidity environments. However, due to biological susceptibility and sensitivity to water, they would be more adequate for application in dry interior conditions.

Monitoring the early stiffness development in epoxy adhesives for structural strengthening

The present work aimed to assess the early-age evolution of E-modulus of epoxy adhesives used for Fibre-Reinforced Polymer (FRP) strengthening applications. The study involved adapting an existing technique devised for continuous monitoring of concrete stiffness since casting, called EMM-ARM (Elasticity Modulus Measurement through Ambient Response Method) for evaluation of epoxy stiffness. Furthermore, monotonic tensile tests according to ISO standards and cyclic tensile tests were carried out at several ages. A comparison between the obtained results was performed in order to better understand the performance of the several techniques in the assessment of stiffness of epoxy resins. When compared to the other methodologies, the method for calculation of E-modulus recommended by ISO standard led to lower values, since in the considered strain interval, the adhesive had a non-linear stress–strain relationship. The EMM-ARM technique revealed its capability in clearly identifying the hardening kinetics of epoxy adhesives, measuring the material stiffness growth during the entire curing period. At very early ages the values of Young׳s modulus obtained with quasi-static tests were lower than the values collected by EMM-ARM, due to the fact that epoxy resin exhibited a significant visco-elastic behaviour.

A bayesian approach for NDT data fusion: The Saint Torcato Church case study

This paper presents a methodology based on the Bayesian data fusion techniques applied to non-destructive and destructive tests for the structural assessment of historical constructions. The aim of the methodology is to reduce the uncertainties of the parameter estimation. The Young's modulus of granite stones was chosen as an example for the present paper. The methodology considers several levels of uncertainty since the parameters of interest are considered random variables with random moments. A new concept of Trust Factor was introduced to affect the uncertainty related to each test results, translated by their standard deviation, depending on the higher or lower reliability of each test to predict a certain parameter.