Análise experimental e numérica do comportamento de estruturas de solo reforçado com geossintéticos : solo granular versus fino

As estruturas de solo reforçado com geossintéticos são normalmente constituídas por solos granulares com boas propriedades físicas e mecânicas. O uso de apenas este tipo de solos pode proporcionar o aumento, por vezes insustentável, do custo da execução das estruturas e o aumento do seu impacto ambiental. Deste modo, as estruturas de solo reforçado perdem a sua vantagem competitiva em relação a outros tipos de estruturas (muros de betão, muros de gravidade, muros de gabiões, etc.). Para resolver este problema podem ser utilizados outros tipos de solos (solos locais, finos, com propriedades físicas e mecânicas piores mas, no entanto, mais baratos) para a execução deste tipo de estruturas. De forma geral, com este estudo pretendeu-se contribuir para o incremento do conhecimento sobre a utilização de solos finos para a construção de estruturas de solo reforçado (muros e taludes). Para tal avaliaram-se as diferenças no comportamento mecânico dos materiais compósitos (solo granular reforçado versus solo fino reforçado) e das estruturas de solo reforçado constituídas com os dois tipos de solos. Assim, os objetivos deste estudo foram avaliar: a influência de vários parâmetros nas propriedades mecânicas e na capacidade de carga dos solos reforçados com geossintéticos; a influência de vários parâmetros no dimensionamento das estruturas de solo reforçado; e o comportamento das estruturas dimensionadas (incluindo a estabilidade global e a influência do processo construtivo) recorrendo a uma ferramenta numérica (PLAXIS). Para cumprir os objetivos propostos foram realizadas análises experimentais em laboratório (análise do comportamento do solo reforçado através de ensaios triaxiais e de California Bearing Ratio) e análises numéricas (dimensionamento de estruturas de solo reforçado; modelação numérica do comportamento através de uma ferramenta numérica comercial com o método dos elementos finitos). Os resultados dos ensaios experimentais mostraram que o comportamento mecânico e a capacidade de carga do solo foram incrementados com a inclusão das camadas de geossintético. Este efeito variou com os diversos parâmetros analisados mas, de forma geral, foi mais importante no solo fino (solo com propriedades mecânicas piores). As análises numéricas mostraram que as estruturas de solo fino precisaram de maior densidade de reforços para serem estáveis. Além disso, as estruturas de solo fino foram mais deformáveis e o efeito do seu processo construtivo foi mais importante (principalmente para estruturas de solo fino saturado).

Prediction of Upward Flame Spread over Polymers

In this work, the existing understanding of flame spread dynamics is enhanced through an extensive study of the heat transfer from flames spreading vertically upwards across 5 cm wide, 20 cm tall samples of extruded Poly (Methyl Methacrylate) (PMMA). These experiments have provided highly spatially resolved measurements of flame to surface heat flux and material burning rate at the critical length scale of interest, with a level of accuracy and detail unmatched by previous empirical or computational studies. Using these measurements, a wall flame model was developed that describes a flame’s heat feedback profile (both in the continuous flame region and the thermal plume above) solely as a function of material burning rate. Additional experiments were conducted to measure flame heat flux and sample mass loss rate as flames spread vertically upwards over the surface of seven other commonly used polymers, two of which are glass reinforced composite materials. Using these measurements, our wall flame model has been generalized such that it can predict heat feedback from flames supported by a wide range of materials. For the seven materials tested here – which present a varied range of burning behaviors including dripping, polymer melt flow, sample burnout, and heavy soot formation – model-predicted flame heat flux has been shown to match experimental measurements (taken across the full length of the flame) with an average accuracy of 3.9 kW m-2 (approximately 10 – 15 % of peak measured flame heat flux). This flame model has since been coupled with a powerful solid phase pyrolysis solver, ThermaKin2D, which computes the transient rate of gaseous fuel production of constituents of a pyrolyzing solid in response to an external heat flux, based on fundamental physical and chemical properties. Together, this unified model captures the two fundamental controlling mechanisms of upward flame spread – gas phase flame heat transfer and solid phase material degradation. This has enabled simulations of flame spread dynamics with a reasonable computational cost and accuracy beyond that of current models. This unified model of material degradation provides the framework to quantitatively study material burning behavior in response to a wide range of common fire scenarios.

Evaluación de las propiedades mecánicas de materiales compuestos elaborados a partir de cenizas volantes y polímeros reciclados

En el presente artículo se evalúan las propiedades mecánicas de los materiales compuestos basados en cenizas volantes de carbón de la central termoeléctrica de Termozipa combinadas con los película extensible (Stretch film), polietilenos de baja densidad lineal de pos-consumo y polímero termoplástico parcialmente cristalino pos- industrial. Se obtuvieron mezclas variando el contenido de cenizas volantes de 0 a 50 % en peso en cada uno de los tres materiales poliméricos, dentro de una máquina mezcladora tipo Brabender. Las propiedades mecánicas evaluadas fueron: resistencia a la tracción, dureza Shore D, y absorción de energía. Los resultados obtenidos indican que en todos los casos a medida que se agrega ceniza volante las propiedades mecánicas aumentan.

Thermal analysis during bone drilling using rigid polyurethane foams: numerical and experimental methodologies

Osteotomy or bone cutting is a common procedure in orthopaedic surgery, mainly in the treatment of fractures and reconstructive surgery. However, the excessive heat produced during the bone drilling process is a problem that counters the benefits of this type of surgery, because it can result in thermal osteonecrosis, bone reabsorption and damage the osseointegration of implants. The analysis of different drilling parameters and materials can allow to decrease the temperature during the bone drilling process and contribute to a greater success of this kind of surgical interventions. The main goal of this study was to build a numerical three-dimensional model to simulate the drilling process considering the type of bone, the influence of cooling and the bone density of the different composite materials with similar mechanical properties to the human bone and generally used in experimental biomechanics. The numerical methodology was coupled with an experimental methodology. The use of cooling proved to be essential to decrease the material damage during the drilling process. It was concluded that the materials with less porosity and density present less damage in drilling process. The developed numerical model proved to be a great tool in this kind of analysis. © 2016, The Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering.