Comportamento de ligações adesivas entre compósitos de FRP e elementos estruturais de aço

Desde de que os Polímeros Reforçados com Fibras (FRP) começaram a ser usados no reparo ou no reforço de elementos estruturais, o descolamento prematuro do compósito FRP com o substrato tem sido objecto de muitos estudos. É importe conhecer e descrever, com rigor, o comportamento completo da interface do FRP com o substrato. Inclusivé, tem-se utilizado com frequência fixações mecânicas adicionais, para demorar ou mesmo evitar o descolamento prematuro do compósito FRP com o substrato. Não existem soluções analíticas que descrevam o comportamento completo das interfaces do FRP com o substrato. Portanto, o objetivo desta dissertação é mitigar esse desconhecimento através de uma solução teórica para descrever a ligação do FRP com o substrato com e sem ancoragem mecânica, através de um modelo de bond-slip exponencial que é conhecido por representar as não linearidades envolvidas no processo de descolagem do compósito FRP com o substrato. A análise completa da carga vs. deslizamento para ambos os casos (com e sem ancoragem mecânica) também é discutida nesta dissertação. Para além disso, este trabalho também visa um estudo experimental utilizando vigas metálicas com compósitos de carbono (CFRP) ou seja, em sistema Externally Bonded Reinforcement (EBR) com e sem sistema ancorado mecânico.

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.

Reforço de elementos estruturais de madeira com materiais compósitos de matriz polimérica

A necessidade de manutenção e reabilitação de estruturas de madeira antigas é, nos dias de hoje, um aspeto bastante importante a nível mundial. Assim, o estudo da eficácia de alguns sistemas de reforço torna-se fulcral. A presente dissertação é um estudo experimental sobre reforço de estruturas de madeira com materiais compósitos. Os materiais compósitos utilizados na componente experimental foram polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer) e estes foram colados ao substrato de madeira com resina epoxídica. O estudo experimental foi composto por duas fases. Na primeira fase realizaram-se ensaios de corte simples e na segunda fase ensaios de flexão. Os ensaios de corte simples foram realizados de modo a estudar a ligação CFRP-madeira e a analisar a influência do comprimento colado de CFRP ao substrato de madeira. Para tal, utilizaram-se duas técnicas de reforço, a técnica EBR (Externally Bonded Reinforcement) em que os laminados de CFRP são colados exteriormente e a técnica NSM (Near Surface Mounted) em que os laminados de CFRP são colados numa ranhura feita no provete de madeira. Foram realizados 17 ensaios de corte simples, 10 com a técnica EBR e 7 com a técnica NSM. Na segunda fase, foram realizados 3 ensaios de flexão sobre pavimentos de madeira reforçados com laminados de CFRP. Para estes ensaios também se utilizaram duas técnicas de reforço, a técnica EBR e uma técnica em que o laminado de FRP é ancorado nas extremidades das vigas. Numa fase final os resultados foram analisados e comparados de modo a tirar conclusões. Concluíu-se que a técnica de reforço NSM apresenta um desempenho superior à técnica EBR nos ensaios de corte simples. Comparativamente à técnica EBR, os pavimentos de madeira com o laminado de CFRP ancorado nas extremidades das vigas apresentaram um melhor desempenho.

Produtos têxteis inteligentes incorporando filamentos compósitos com nanotubos de carbono

Programa Doutoral em Engenharia Têxtil.

Avaliação experimental de compósitos de agregados leves impregnados com PCM, para aplicação em pavimentos rodoviários

Este trabalho visa, em primeiro lugar, a caracterização experimental do comportam ento de argamassas com materiais de mudança de fase (PCM) incorporados através de agregados leves, comparativamente com argamassas de referência sem incorporação de PCM. Verifica-se que a aplicação de argamassas com PCM em camadas de desgaste de pavimentos contribui para a minimização dos potenciais efeitos negativos de gelo e degelo. Os estudos experimentais permitem concluir que o método utilizado de impregnação de PCM em materiais porosos, para posterior incorporação em argamassa ou betão, é um método simples, mas muito eficaz. Os resultados indicam ainda que os materiais compósitos com PCM incorporado, podem melhorar a inércia térmica, bem como, atrasar o tempo de eventual ocorrência de congelamento sob a camada de desgaste de um pavimento

Risk assessment in a research laboratory during sol–gel synthesis of nano-TiO2

The occupational risks in the nanotechnology research laboratories are an important topic since a great number of researchers are involved in this area. The risk assessment performed by both qualitative and quantitative methods is a necessary step for the management of the occupational risks. Risk assessment could be performed by qualitative methods that gather consensus in the scientific community. It is also possible to use quantitative methods, based in different technics and metrics, as indicative exposure limits are been settled by several institutions. While performing the risk assessment, the information on the materials used is very important and, if it is not updated, it could create a bias in the assessment results. The exposure to TiO2 nanoparticles risk was assessed in a research laboratory using a quantitative exposure method and qualitative risk assessment methods. It was found the results from direct-reading Condensation Particle Counter (CPC) equipment and the CB Nanotool seem to be related and aligned, while the results obtained from the use of the Stoffenmanager Nano seem to indicate a higher risk level.

Structure-property relationships in polymer nanocomposites

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos

Processamento e caracterização mecânica e metalográfica de compósitos adiamantados à base de cobre-níquel obtidos por hot pressing

Dissertação de mestrado em Engenharia de Materiais

Estudo do comportamento tribológico de materiais compósitos à base de titânio reforçado com partículas cerâmicas para aplicação em implantes articulares

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica

Investigation on the homogeneity and stability of aqueous nano cellulose suspensions prepared using pluronic F-127

This paper presents the results of experimental investigation on the aqueous dispersion behaviour of micro crystalline cellulose (MCC) prepared using Pluronic F-127. For this purpose, different concentrations (0.5-3.0 wt.%) of MCC were dispersed in water with the help of ultrasonication technique using various concentrations of Pluronic F-127. The homogeneity of the suspensions and agglomerations were characterized by optical and transmission electron microscopy and the concentration of well dispersed MCC was measured using UV-Vis spectroscopy. Also, the suspensions were subjected to high speed ultracentrifugation at 3000 rpm and observed visually for sedimentation and subsequently, concentration was calculated using UV-Vis, in order to assess the long term stability of the suspensions. Based on these experiments, optimum concentration of Pluronic to disperse different MCC concentrations has been suggested.

An experimental investigation on nano-TiO2 and fly ash based high performance concrete

High performance concrete (HPC) offers several advantages over normal-strength concrete, namely, high mechanical strength and high durability. Therefore, HPC allows for concrete structures with less steel reinforcement and a longer service life, both of which are crucial issues in the eco-efficiency of construction materials. Nevertheless international publications on the field of concrete containing nanoparticles are scarce when compared to Portland cement concrete (around 1%) of the total international publications. HPC nanoparticle-based publications are even scarcer. This article presents the results of an experimental investigation on the mechanical properties and durability of HPC based on nano-TiO2 and fly ash. The durability performance was assessed by means of water absorption by immersion, water absorption by capillarity, ultrasonic pulse velocity, electric resistivity, chloride diffusion and resistance to sulphuric acid attack. The results show that the concretes containing an increased content of nano-TiO2 show decreased durability performance. The results also show that concrete with 1% nano-TiO2 and 30% fly ash as Portland cement replacement show a high mechanical strength (C55/C67) and a high durability. However, it should be noted that the cost of nano-TiO2 is responsible for a severe increase in the cost of concrete mixtures.

Processamento e caracterização de compósitos de Ti-HAP para aplicações biomédicas

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Preparação de suspensões aquosas de nanopartículas de carbono para deposição em superfícies

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Optimization of magnetoelectric composites based on electroactive polymers for energy harvesting and sensor application

Tese de Doutoramento em Engenharia de Materiais.

Materiais compósitos com incorporação de cânhamo industrial

Projeto de Investigação integrado de mestrado Internacional em Sustentabilidade do Ambiente Construído