Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

GA topology optimization using random keys for tree encoding of structures

Topology optimization consists in finding the spatial distribution of a given total volume of material for the resulting structure to have some optimal property, for instance, maximization of structural stiffness or maximization of the fundamental eigenfrequency. In this paper a Genetic Algorithm (GA) employing a representation method based on trees is developed to generate initial feasible individuals that remain feasible upon crossover and mutation and as such do not require any repairing operator to ensure feasibility. Several application examples are studied involving the topology optimization of structures where the objective functions is the maximization of the stiffness and the maximization of the first and the second eigenfrequencies of a plate, all cases having a prescribed material volume constraint.

Elastically restrained Bernoulli-Euler beams applied to rotary machinery modelling

Facing the lateral vibration problem of a machine rotor as a beam on elastic supports in bending, the authors deal with the free vibration of elastically restrained Bernoulli-Euler beams carrying a finite number of concentrated elements along their length. Based on Rayleigh's quotient, an iterative strategy is developed to find the approximated torsional stiffness coefficients, which allows the reconciliation between the theoretical model results and the experimental ones, obtained through impact tests. The mentioned algorithm treats the vibration of continuous beams under a determined set of boundary and continuity conditions, including different torsional stiffness coefficients and the effect of attached concentrated masses and rotational inertias, not only in the energetic terms of the Rayleigh's quotient but also on the mode shapes, considering the shape functions defined in branches. Several loading cases are examined and examples are given to illustrate the validity of the model and accuracy of the obtained natural frequencies.

Wrinkling Labyrinth Patterns on Elastomeric Janus Particles

We describe a novel, low-cost and low-tech method for the fabrication of elastomeric Janus particles with diameters ranging from micrometers to millimeters. This consists of UV-irradiating soft urethane/urea elastomer spheres, which are then extracted in toluene and dried. The spheres are thus composed of a single material: no coating or film deposition steps are required. Furthermore, the whole procedure is carried out at ambient temperature and pressure. Long, labyrinthine corrugations ("wrinkles") appear on the irradiated portions of the particles' surfaces, the spatial periodicity of which can be controlled by varying the sizes of particles. The asymmetric morphology of the resulting Janus particles has been confirmed by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and optical microscopy. We have also established that the spheres behave elastically by performing bouncing tests with dried and swollen spheres. Results can be interpreted by assuming that each sphere consists of a thin, stiff surface layer ("skin") lying atop a thicker, softer substrate ("bulk"). The skin's higher stiffness is hypothesized to result from the more extensive cross-linking of the polymer chains located near the surface by the UV radiation. Textures then arise from competition between the effects of bending the skin and compressing the bulk, as the solvent evaporates and the sphere shrinks.

Modelling a Rotating Shaft as an Elastically Restrained Bernoulli-Euler Beam

Industrial rotating machines may be exposed to severe dynamic excitations due to resonant working regimes. Dealing with the bending vibration, problem of a machine rotor, the shaft - and attached discs - can be simply modelled using the Bernoulli-Euler beam theory, as a continuous beam subjected to a specific set of boundary conditions. In this study, the authors recall Rayleigh's method to propose an iterative strategy, which allows for the determination of natural frequencies and mode shapes of continuous beams taking into account the effect of attached concentrated masses and rotational inertias, including different stiffness coefficients at the right and the left end sides. The algorithm starts with the exact solutions from Bernoulli-Euler's beam theory, which are then updated through Rayleigh's quotient parameters. Several loading cases are examined in comparison with the experimental data and examples are presented to illustrate the validity of the model and the accuracy of the obtained values.

Efeito agudo do exercício físico na rigidez arterial

Este estudo pretendeu reproduzir uma tarefa da vida diária (marcha com transporte de peso nos membros superiores) realizada de forma rotineira e até aconselhada no contexto da prevenção e reabilitação de patologia cardiovascular, desta forma, teve como objectivo avaliar o efeito agudo de uma sessão de exercício aeróbio associado a exercício isométrico na rigidez arterial em indivíduos jovens. Foram recrutados 14 indivíduos do sexo masculino com média de idade de 30,3±3,6 anos. Foram realizadas duas sessões de exercício com uma semana de intervalo. Em ambas as sessões de exercício, os sujeitos caminharam num tapete rolante a uma velocidade de 5,0 km/h por um período de dez minutos, sendo que, numa das sessões, determinada aleatoriamente, carregaram o equivalente a 10% do seu peso corporal distribuído igualmente pelos dois membros superiores em dois garrafões de água. Avaliou-se em repouso e imediatamente após o exercício, a pressão arterial periférica, a frequência cardíaca e a rigidez arterial. A análise da rigidez arterial foi efectuada na artéria radial do membro superior direito com um sistema transdutor automático de pressão. Os parâmetros reportados neste estudo são a frequência cardíaca, a pressão arterial sistólica e diastólica, a pressão arterial média, a pressão central (aórtica) sistólica, a pressão de pulso central, a pressão de aumentação e o índice de aumentação a 75 bmp (Aix@75). Em repouso, não se verificaram diferenças significativas entre as duas sessões de exercício nos parâmetros avaliados. O principal resultado do presente estudo indica que a rigidez arterial aumenta de forma aguda com a realização de caminhada (exercício aeróbio) apenas quando esta é acompanhada do transporte nos membros superiores de uma carga externa (exercício isométrico) [Aix@75: -5.5(8.4) para -1.36(8.17)%, p<0.05]. Relativamente ao protocolo exclusivamente aeróbio não se verificaram diferenças significativas na rigidez arterial [Aix@75: -4.2(9.1) para -4.69(7.93)%, p>0.05]. Em conclusão, os resultados do presente estudo indicam que a rigidez arterial, em indivíduos jovens e aparentemente saudáveis, aumenta de forma significativa apenas quando o exercício aeróbio é acompanhado de exercício isométrico de membros superiores com transporte de carga adicional.

Fibras óticas de plástico em redes de acesso

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

Estudo, fabrico e caracterização de painéis sanduíche com núcleos em materiais compósitos de cortiça

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Análise e optimização global de uma linha de extrusão

Os objectivos principais deste estudo são a caracterização de uma das linhas de extrusão existentes na Cabelte, nomeadamente a linha de extrusão de referência EP5, composta por duas extrusoras. Pretende-se fazer a determinação de indicadores energéticos e de processo e a optimização do consumo energético, no que diz respeito à energia consumida e às perdas térmicas relativas a esta linha. Para fazer a monitorização da linha de extrusão EP5 foi colocado no quadro geral dessa linha um equipamento central de medida de forma a ser possível a sua monitorização. No entanto, para a extrusora auxiliar as medições foram efectuadas com uma pinça amperimétrica e um fasímetro. Foram também efectuados ensaios onde foi avaliada a quantidade de material transformada, para isso foi utilizado um equipamento de pesagem, doseador gravimétrico aplicado nas extrusoras. As medições de temperatura para os cálculos das perdas térmicas da extrusora principal e para a caracterização dos materiais plásticos, foram efectuadas utilizando um termómetro digital. Foram efectuados ensaios de débito às extrusoras auxiliar e principal e foi estudada a variação do factor de potência em função da rotação do fuso. Na perspectiva do utilizador final a optimização para a utilização racional de energia está na redução de encargos da factura de energia eléctrica. Essa factura não depende só da quantidade mas também do modo temporal como se utiliza essa energia, principalmente a energia eléctrica, bastante dependente do período em que é consumida. Uma metodologia diferente no planeamento da produção, contemplando o fabrico dos cabos com maior custo específico nas horas de menor custo energético, implicaria uma redução dos custos específicos de 18,7% para o horário de verão e de 20,4% para o horário de inverno. Os materiais de revestimento utilizados (PE e PVC), influenciam directamente os custos energéticos, uma vez que o polietileno (PE) apresenta sempre valores de entalpia superiores (0,317 kWh/kg e 0,281 kWh/kg)) e necessita de temperaturas de trabalho mais elevadas do que o policloreto de vinilo (PVC) (0,141 kWh/kg e 0,124 kWh/kg). O consumo específico tendencialmente diminui à medida que aumenta a rotação do fuso, até se atingir o valor de rotação óptimo, a partir do qual esta tendência se inverte. O cosφ para as duas extrusoras em estudo, aumenta sempre com o aumento de rotação do fuso. Este estudo permitiu avaliar as condições óptimas no processo de revestimento dos cabos, de forma a minimizarmos os consumos energéticos. A redução de toda a espécie de desperdícios (sobre consumos, desperdício em purgas) é uma prioridade de gestão que alia também a eficácia à eficiência, e constitui uma ferramenta fundamental para assegurar o futuro da empresa. O valor médio lido para o factor de potência (0,38) da linha EP5, valor extremamente baixo e que vem associado à energia reactiva, além do factor económico que lhe está inerente, condiciona futuras ampliações. A forma de se corrigir o factor de potência é instalando uma bateria de condensadores de 500 kVAr. Considerando o novo sistema tarifário aplicado à energia reactiva, vamos ter um ganho de 36167,4 Euro/ano e o período de retorno de investimento é de 0,37 ano (4,5 meses). Esta medida implica também uma redução anual na quantidade de CO2 emitida de 6,5%. A quantificação das perdas térmicas é importante, pois só desta forma se podem definir modos de actuação de forma a aumentar a eficiência energética. Se não existir conhecimento profundo dos processos e metodologias correctas, não podem existir soluções eficientes, logo é importante medir antes de avançar com qualquer medida de gestão.

Gold electrode modified by self-assembled monolayers of thiols to determine DNA sequences hybridization

The process of immobilization of biological molecules is one of the most important steps in the construction of a biosensor. In the case of DNA, the way it exposes its bases can result in electrochemical signals to acceptable levels. The use of self-assembled monolayer that allows a connection to the gold thiol group and DNA binding to an aldehydic ligand resulted in the possibility of determining DNA hybridization. Immobilized single strand of DNA (ssDNA) from calf thymus pre-formed from alkanethiol film was formed by incubating a solution of 2-aminoethanothiol (Cys) followed by glutaraldehyde (Glu). Cyclic voltammetry (CV) was used to characterize the self-assembled monolayer on the gold electrode and, also, to study the immobilization of ssDNA probe and hybridization with the complementary sequence (target ssDNA). The ssDNA probe presents a well-defined oxidation peak at +0.158 V. When the hybridization occurs, this peak disappears which confirms the efficacy of the annealing and the DNA double helix performing without the presence of electroactive indicators. The use of SAM resulted in a stable immobilization of the ssDNA probe, enabling the hybridization detection without labels. This study represents a promising approach for molecular biosensor with sensible and reproducible results.

Influence of wearing an unstable shoe construction on compensatory control of posture

This study investigated the influence of wearing unstable shoe construction (WUS) on compensatory postural adjustments (CPA) associated with external perturbations. Thirty-two subjects stood on a force platform resisting an anterior-posterior horizontal force applied to a pelvic belt via a cable, which was suddenly released. They stood under two conditions: barefoot and WUS. The electromyographic (EMG) activity of gastrocnemius medialis, tibialis anterior, rectus femoris, biceps femoris, rectus abdominis, and erector spinae muscles and the center of pressure (CoP) displacement were acquired to study CPA. The EMG signal was used to assess individual muscle activity and latency, antagonist co-activation and reciprocal activation at joint and muscle group levels. Compared to barefoot, WUS led to: (1) increased gastrocnemius medialis activity, (2) increased total agonist activity, (3) decreased antagonist co-activation at the ankle joint and muscle group levels, (4) increased reciprocal activation at the ankle joint and muscle group levels, and (5) decrease in all muscle latencies. No differences were observed in CoP displacement between conditions. These findings demonstrate that WUS led to a reorganization of the postural control system associated to improved performance of some components of postural control responses.

Amarração de plataformas offshore flutuantes com cabos de poliéster

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Engineering real-time applications with WorldFIP: tools and analysis

WorldFIP is standardised as European Norm EN 50170 - General Purpose Field Communication System. Field communication systems (fieldbuses) started to be widely used as the communication support for distributed computer-controlled systems (DCCS), and are being used in all sorts of process control and manufacturing applications within different types of industries. There are several advantages in using fieldbuses as a replacement of for the traditional point-to-point links between sensors/actuators and computer-based control systems. Indeed they concern economical ones (cable savings) but, importantly, fieldbuses allow an increased decentralisation and distribution of the processing power over the field. Typically DCCS have real-time requirements that must be fulfilled. By this, we mean that process data must be transferred between network computing nodes within a maximum admissible time span. WorldFIP has very interesting mechanisms to schedule data transfers. It explicit distinguishes to types of traffic: periodic and aperiodic. In this paper we describe how WorldFIP handles these two types of traffic, and more importantly, we provide a comprehensive analysis for guaranteeing the real-time requirements of both types of traffic. A major contribution is made in the analysis of worst-case response time of aperiodic transfer requests.

Avaliação em tempo real de forças em cabos

Dissertação elaborada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Modelação do viaduto do Corgo durante o ensaio de carga estático

Trabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC