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 Do not cite references in the abstract.

TiB2 nanostructured coating for GFRP injection moulds

In the injection moulding of polypropylene reinforced with hard glass fibres, die materials are commonly subjected to severe abrasive wear. In order to improve its wear resistance, an unbalanced magnetron sputtering PVD compositional monolayered coating has been produced. The film was composed by a nanostructured TiB2 monolayer. Microstructure characterization and thickness evaluation were conducted by scanning electron microscopy (SEM). Film topography and roughness were accessed by SEM and Atomic Force Microscopy (AFM). The phase analyse was investigated by X-ray diffraction (XRD), using Cu Kalpha radiation. Scratch tests were conducted in order to study the film adhesion to the substrate. Load-Displacement curves (nanoindentation analysis) allowed measuring the film hardness and Young's modulus. A ball-cratering tribometer was used to determine the micro-abrasion laboratorial wear resistance, under different tests conditions, using SiC particles in distilled water slurry. At the end of these tests, the worn surfaces were analyzed by SEM and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) in order to compare these results with some other coatings already tested in the same conditions. To test the practical wear resistance, 135000 injection cycles were done in a plastic injection industrial mould. Coated samples were put on the plastic feed canal, after a turbulent zone. In these tests, a 30% (wt) glass fibres reinforced polypropylene was used. Worn sample surfaces were analyzed by SEM after 45.000 and 90.000 cycles. Image analyses were made in order to evaluate the damage increases and to observe the wear mechanisms involved.

Probabilistic models for mechanical properties of prestressing strands

This study focus on the probabilistic modelling of mechanical properties of prestressing strands based on data collected from tensile tests carried out in Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Portugal, for certification purposes, and covers a period of about 9 years of production. The strands studied were produced by six manufacturers from four countries, namely Portugal, Spain, Italy and Thailand. Variability of the most important mechanical properties is examined and the results are compared with the recommendations of the Probabilistic Model Code, as well as the Eurocodes and earlier studies. The obtained results show a very low variability which, of course, benefits structural safety. Based on those results, probabilistic models for the most important mechanical properties of prestressing strands are proposed.

The effect of superplasticizers on the mechanical performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates

It is considered that using crushed recycled concrete as aggregate for concrete production is a viable alternative to dumping and would help to conserve abiotic resources. This use has fundamentally been based on the coarse fraction because the fine fraction is likely to degrade the performance of the resulting concrete. This paper presents results from a research work undertaken at Institut Superior Tecnico (IST), Lisbon, Portugal, in which the effects of incorporating two types of superplasticizer on the mechanical performance of concrete containing fine recycled aggregate were evaluated. The purpose was to see if the addition of superplasticizer would offset the detrimental effects associated with the use of fine recycled concrete aggregate. The experimental programme is described and the results of tests for splitting tensile strength, modulus of elasticity and abrasion resistance are presented. The relative performance of concrete made with recycled aggregate was found to decrease. However, the same concrete with admixtures in general exhibited a better mechanical performance than the reference mixes without admixtures or with a less active superplasticizer. Therefore, it is argued that the mechanical performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates can be as good as that of conventional concrete, if superplasticizers are used to reduce the water-cement ratio of the former concrete.

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.

Effect of fungal colonization on mechanical performance of cork

The industrialization of traditional processes relies on the scientific ability to understand the empirical evidence associated with traditional knowledge. Cork manufacturing includes one operation known as stabilization, where humid cork slabs are extensively colonized by fungi. The implications of fungal growth on the chemical quality of cork through the analysis of putative fungal metabolites have already been investigated. However, the effect of fungal growth on the mechanical properties of cork remains unexplored. This study investigated the effect of cork colonization on the integrity of the cork cell walls and their mechanical performance. Fungal colonization of cork by Chrysonilia sitophila, Mucor plumbeus Penicillium glabrum, P. olsonii, and Trichoderma longibrachiatum was investigated by microscopy. Growth occurred primarily on the surface of the cork pieces, but mycelium extended deeper into the cork layers, mostly via lenticular channels and by hyphal penetration of the cork cell wall. In this first report on cork decay in which specific correlation between fungal colonization and mechanical proprieties of the cork has been investigated, all colonizing fungi except C. sitophila, reduced cork strength, markedly altering its viscoelastic behaviour and reducing its Young’s modulus.

Mechanical performance of concrete made with aggregates from construction and demolition waste recycling plants

This research aims at analysing the mechanical performance of concrete with recycled aggregates (RA) from construction and demolition waste (CDW) from various locations in Portugal. First the characteristics of the various aggregates (natural and recycled) used in the production of concrete were thoroughly analysed. The composition of the RA was determined and several physical and chemical tests of the aggregates were performed. In order to evaluate the mechanical performance of concrete, compressive strength (in cubes and cylinders), splitting tensile strength, modulus of elasticity and abrasion resistance tests were performed. Concrete mixes with RA from CDW from several recycling plants were evaluated, in order to understand the influence that the RA's collection point, and consequently their composition, has on the characteristics of the mixes produced. The analysis of the mechanical performance allowed concluding that the use of RA worsens most of the properties tested, especially when fine RA are used. On the other hand, there was an increase in abrasion resistance when coarse RA were used. In global terms, the use of this type of aggregates, in limited contents, is viable from a mechanical viewpoint. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Performance of concrete made with aggregates recycled from precasting industry waste: influence of the crushing process

The aim of this paper is to evaluate the influence of the crushing process used to obtain recycled concrete aggregates on the performance of concrete made with those aggregates. Two crushing methods were considered: primary crushing, using a jaw crusher, and primary plus secondary crushing (PSC), using a jaw crusher followed by a hammer mill. Besides natural aggregates (NA), these two processes were also used to crush three types of concrete made in laboratory (L20, L45 e L65) and three more others from the precast industry (P20, P45 e P65). The coarse natural aggregates were totally replaced by coarse recycled concrete aggregates. The recycled aggregates concrete mixes were compared with reference concrete mixes made using only NA, and the following properties related to the mechanical and durability performance were tested: compressive strength; splitting tensile strength; modulus of elasticity; carbonation resistance; chloride penetration resistance; water absorption by capillarity; water absorption by immersion; and shrinkage. The results show that the PSC process leads to better performances, especially in the durability properties.

Rheo-NMR study of water-based cellulose liquid crystal system at high shear rates

Since long ago cellulosic lyotropic liquid crystals were thought as potential materials to produce fibers competitive with spidersilk or Kevlar, yet the processing of high modulus materials from cellulose-based precursors was hampered by their complex rheological behavior. In this work, by using the Rheo-NMR technique, which combines deuterium NMR with rheology, we investigate the high shear rate regimes that may be of interest to the industrial processing of these materials. Whereas the low shear rate regimes were already investigated by this technique in different works [1-4], the high shear rates range is still lacking a detailed study. This work focuses on the orientational order in the system both under shear and subsequent relaxation process arising after shear cessation through the analysis of deuterium spectra from the deuterated solvent water. At the analyzed shear rates the cholesteric order is suppressed and a flow-aligned nematic is observed which for the higher shear rates develops after certain time periodic perturbations that transiently annihilate the order in the system. During relaxation the flow aligned nematic starts losing order due to the onset of the cholesteric helices leading to a period of very low order where cholesteric helices with different orientations are forming from the aligned nematic, followed in the final stage by an increase in order at long relaxation times corresponding to the development of aligned cholesteric domains. This study sheds light on the complex rheological behavior of chiral nematic cellulose-based systems and opens ways to improve its processing. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of the crushing process of recycled aggregates on concrete properties

This work intends to evaluate the (mechanical and durability) performance of concrete made with coarse recycled concrete aggregates (CRCA) obtained using two crushing processes: primary crushing (PC) and primary plus secondary crushing (PSC). This analysis intends to select the most efficient production process of recycled aggregates (RA). The RA used here resulted from precast products (P), with strength classes of 20 MPa, 45 MPa and 65 MPa, and from laboratory-made concrete (L) with the same compressive strengths. The evaluation of concrete was made with the following tests: compressive strength; splitting tensile strength; modulus of elasticity; carbona-tion resistance; chloride penetration resistance; capillary water absorption; and water absorption by immersion. These findings contribute to a solid and innovative basis that allows the precasting industry to use without restrictions the waste it generates. © (2015) Trans Tech Publications, Switzerland.

Performance of concrete made with recycled aggregates from Portuguese CDW recycling plants

The objective of this research is the production of concrete with recycled aggregates (RA) from various CDW plants around Portugal. The influence of the RA collection location and consequently of their composition on the characteristics of the concrete produced was analysed. In the mixes produced in this research RA from five plants (Valnor, Vimajas, Ambilei, Europontal and Retria) were used: in three of them coarse and fine RA were analysed and in the remaining ones only coarse RA were used. The experimental campaign comprised two tests in fresh concrete (cone of Abrams slump and density) and eight in hardened concrete (compressive strength in cubes and cylinders, splitting tensile strength, modulus of elasticity, water absorption by immersion and capillarity, carbonation and chloride penetration resistance). It was found that the use of RA causes a quality decrease in concrete. However, there was a wide results scatter according to the plant where the RAs were collected, because of the variation in composition of the RA. It was also found that the use of fine RA causes a more significant performance loss of the concrete properties analysed than the use of coarse RA. © (2015) Trans Tech Publications, Switzerland.

Linóleo como revestimento de piso: processos construtivos, execução e patologia

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Edificações

Ligação Adesiva de Polímeros Particularmente Difíceis de Colar

As ligações adesivas têm sido cada vez mais utilizadas nos últimos anos em detrimento de outros métodos tais como a soldadura, ligações aparafusadas e ligações rebitadas. Os plásticos de Engenharia têm um papel cada vez mais preponderante na indústria, devido às suas excelentes propriedades. Neste trabalho foram considerados três polímeros diferentes, o Policloreto de Vinilo (PVC) e o Polipropileno (PP) dado o seu baixo custo e peso e a superfície quimicamente inerte e o Politetrafluoretileno (PTFE) devido às suas boas propriedades químicas e excelentes propriedades de deslizamento. No entanto, estes materiais possuem uma baixa energia de superfície e, por isso, são muito difíceis de colar com mais relevância para o PTFE. Assim, após um estudo preliminar foi escolhido, para realizar as colagens necessárias, um adesivo da Tamarron Technology “Tam Tech Adhesive”, próprio para este tipo de substratos difíceis de colar. Posteriormente foi efetuada a sua caraterização através de ensaios de provetes maciços à tração. O principal objetivo deste trabalho foi estudar juntas de sobreposição simples de materiais poliméricos difíceis de colar tais como o PTFE, PP e PVC com recurso a um adesivo que não necessitasse de preparação de superfície. Foram fabricadas juntas de sobreposição simples (JSS) segundo os métodos Lap Shear (LS) e Block Shear (BS) dos três materiais referidos anteriormente e realizados os respetivos ensaios para avaliar o comportamento mecânico das ligações adesivas. Os materiais utilizados como substratos foram também submetidos a ensaios de tração com a finalidade de obter o módulo de elasticidade e as suas propriedades de resistência. Os substratos envolvidos nas juntas adesivas não sofreram qualquer preparação especial das superfícies. Na maioria dos casos consistiu apenas numa limpeza das superfícies com álcool etílico. Contudo, para o PTFE também se experimentou a preparação por abrasão com lixa e por chama. Foi também efetuado um trabalho de simulação numérica por elementos finitos utilizando um modelo de dano coesivo triangular. As resistências ao corte obtidas são superiores em BS comparativamente a LS, exceção feita aos substratos de PTFE aonde os resultados são similares. O tratamento por chama melhorou a resistência mecânica das juntas. Verificou-se também que o modelo numérico simulou adequadamente o comportamento das juntas principalmente das LS.

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.