Innovative methodologies for the enhancement of the flexural strengthening performance of NSM CFRP technique for RC beams

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil

Avaliação de defeitos no processo de fabricação de lamelas para pisos de madeira engenheirados com uso de ferramentas de controle de qualidade

Os defeitos das lamelas são responsáveis em grande parte pelo retrabalho, perdas e diminuição da qualidade do piso acabado. Esses defeitos geram aumento de custos de produção sendo um fator muito importante para o processo de fabricação de pisos de madeira. Este trabalho tem por objetivos classificar e quantificar os defeitos ocorrentes na produção de lamelas, buscar causas, propor soluções e melhorias através da aplicação de ferramentas de qualidade como: “Brainstorming", “ Diagrama de Pareto", “Diagrama de Ishikawa" e 5W2H . Foram amostrados 1598,47 m² de lamelas das seguintes espécies: Muiracatiara (Astronium lecointei Ducke), amendoim (Pterogyne nitens Tul), cabreúva (Myroxylon Balsamum Harms) e timborana (Pseudopiptadenia suaveolens Miq) com as seguintes dimensões: espessuras (2,5mm e 3,5mm), larguras (76,2mm, 82,5mm e 127mm), comprimentos (450mm a 1.200mm). O defeito mais freqüente encontrado na produção de lamelas foi a marca de serra (31%), seguido de corte da madeira feito pelo fornecedor (23%) e falta de instrução de trabalho (15%). As principais causas dos defeitos de marca de serra são devidas aos problemas de manutenção de serras da empresa fornecedora de madeira.

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

Tese de Doutoramento em Engenharia de Materiais.

Development of hybrid composite plate (HCP) for strengthening and repair of RC structures

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil

Ocorrência e recrutamento larval de Teredinidae (Mollusca, Bivalvia) na região do Sistema Costeiro Cananéia-Iguape, São Paulo, Brasil

A ocorrência e o recrutamento larval de Teredinidae na região do Sistema Costeiro Cananéia-Iguape foram acompanhados por doze meses utilizando-se coletores laminados de pinho, instalados em três estações dentro do bosque de mangue (mediolitoral) e em uma estação, localizada no infralitoral. No manguezal, a colonização por larvas de teredinídeos ocorreu após quatro meses de permanência dos coletores na estação mais frequentemente inundada pela maré e somente após oito meses nas duas estações com menor frequência de inundação. No infralitoral, após quatro meses, os coletores já estavam consideravelmente danificados. Ao longo do experimento, houve um decréscimo no número de teredinídeos, especialmente no infralitoral, ocasionado possivelmente pela competição por alimento e espaço entre teredinídeos e foladídeos. Foram encontrados 2.658 indivíduos, sendo 704 de Teredinidae e 1.954 de Pholadidae. Entre os teredinídeos, Bankia fimbriatula foi a espécie mais abundante tanto no infralitoral quanto no manguezal, seguida de Bankia gouldi e Lyrodus floridanus que ocorreram somente no infralitoral, e Nausitora fusticula encontrada somente no manguezal. Martesia striata, único foladídeo, ocorreu somente no infralitoral.

Distribución a mesoescala de comunidades bentónicas y clorofila-a en sedimentos superficiales de áreas potenciales para reconstrucción paleoceanográfica. Otoño 2003.

Se analizó la distribución espacial de la clorofila-a y otras propiedades de los sedimentos superficiales, así como del macrobentos (>0,5 mm) durante la Primera Etapa del Crucero de Evaluación de Recursos Demersales y Paleoceanografía BIC Olaya 0305-06, del 20 al 25 de mayo 2003. La materia orgánica “fresca” de origen fitoplanctónico se distribuyó de forma heterogénea en ambas áreas, alcanzando concentraciones muy elevadas sobre la plataforma exterior y talud superior, hasta el momento, las más altas determinadas para el margen continental peruano. Se encontró una asociación positiva entre contenido de materia orgánica “fresca” superficial y presencia de sedimentos laminados o bandeados en ambas áreas. En general, el área frente a Callao presentó un mayor enriquecimiento orgánico, menores biomasas de macrofauna y Thioploca spp. y mayor abundancia de nemátodes que el área de Pisco. Se discuten posibles mecanismos que expliquen la retención, distribución y acumulación de materia orgánica en los sedimentos superficiales de ambas áreas. La distribución batimétrica de la macrofauna sugiere un debilitamiento de las condiciones hipóxicas frente a Pisco, a partir de los 400 m.

Modelización constitutiva y computacional del daño y la fractura de materiales compuestos

En el trabajo se definen modelos constitutivos que permiten reproducir el proceso de fallo de estructuras de materiales compuestos en distintas escalas bajo cargas estáticas. Se define un modelo constitutivo para determinar la respuesta de estructuras de materiales compuestos mediante la teoría de laminados. El modelo es validado mediante un programa de ensayos experimentales con probetas con un agujero central geométricamente similares. Se muestra la capacidad del modelo de detectar el efecto tamaño. Se define un modelo constitutivo para materiales transversalmente isótropos bajo estados tridimensionales de tensión. El modelo se valida analizando numéricamente el proceso de agrietamiento de la matriz. Finalmente se desarrolla un modelo analítico para determinar el agrietamiento de la matriz y la delaminación entre las capas.

Um modelo numerico para analise de estruturas de materiais compostos considerando efeitos viscoelasticos e falhas progressivas

Neste trabalho apresentam-se pocedimentos para análise não linear de estruturas de materiais compostos laminados reforçados por fibras. A formulação é baseada em uma descrição cinemática incremental Lagrangeana Total, que permite o tratamento de deslocamentos arbitrariamente grandes com pequenas deformações, utilizando elementos finitos tridimensionais degenerados deduzidos para a análise de cascas. As estruturas são consideradas como submetidas a cargas mecânicas e a ações de temperatura e de umidade. O material é suposto elástico linear com propriedades dependentes, ou não, dos valores da temperatura e da concentração de umidade, ou viscoelástico linear com uma relação constitutiva em integral hereditária , e com comportamento higrotermo-reologicamente simples. As lâminas são consideradas como sujeitas a falhas, as quais são detectadas através de critérios macroscópicos, baseados em tensões ou em deformações. As equações não lineares de equilíbrio são resolvidas através de procedimentos iterativos e as deformações dependentes do tempo são avaliadas pelo método das variáveis de estado. Diversos exemplos numéricos de estruturas submetidas à flexão, flambagem elástica e viscoelástica e falhas são apresentados.

Estudo da viabilidade técnica para a Bolívia de painéis de gesso reforçados com fibra de vidro para paredes internas não portantes

Na construção civil, nos países em desenvolvimento como a Bolívia, continua-se usando técnicas e materiais na execução de paredes, similar a décadas passadas. Os painéis de gesso reforçados com fibra de vidro são uma alternativa de simplificação e agilização na execução das paredes internas não portantes. A presente dissertação objetiva mostrar a viabilidade técnica e econômica dos painéis para paredes internas, na Bolívia; para tanto realizou-se uma avaliação dos recursos disponíveis (gesso), com relação às reservas, produção e custos. A técnica adotada na produção dos painéis é a de pré-mistura, que permite a moldagem dos painéis manual ou mecanicamente com equipamentos simples e de baixo custo. O estudo do compósito de gesso reforçado com fibra de vidro (GRG) foi realizado com gesso brasileiro e com gesso boliviano, verificando-se o seu comportamento mecânico com diferentes teores de fibra de vidro. Verificou-se aumento da resistência a tração na flexão e diminuição da resistência a compressão com o aumento do teor de fibra de vidro. A avaliação do comportamento mecânico dos painéis foi feita através dos ensaios de impacto (corpo mole e corpo duro). Nos ensaios de corpo mole, verificou-se aumento da resistência com o aumento do teor de fibra de vidro. Os teores de 0,75% e 1,5% se mostraram suficientes para que os painéis de GRG satisfaçam os requisitos de desempenho para divisórias internas respectivamente para o gesso brasileiro e boliviano. O comportamento dos painéis nos ensaios de impacto de corpo duro foi satisfatório, tanto para painéis com fibra como para painéis sem fibra de vidro. No estudo preliminar de custos, verificou-se uma redução em torno de 36% para os painéis de GRG em relação às paredes intemas tradicionalmente usadas na Bolívia.

Modelagem física e matemática dos processos de extração de óleo de soja em fluxos contracorrente cruzados

Este trabalho visa desenvolver um modelo físico e matemático geral para os processos de extração sólido-líquido em fluxos contracorrente cruzados (CCC) que são utilizados na indústria de alimentos. Levam-se em consideração os processos principais (o transporte de massa entre as fases, difusão e convecção) envolvidos por todo o campo de extração, com uma abordagem bidimensional evolutiva, incluindo as zonas de carregamento, drenagem e as bandejas acumuladoras. O modelo matemático é formado por equações diferenciais parciais que determinam a alteração das concentrações nas fases poro e “bulk” em todo o campo de extração e equações diferenciais ordinárias (que refletem as evoluções das concentrações médias nas bandejas). As condições de contorno estabelecem as ligações entre os fluxos CCC da micela e matéria-prima e consideram, também, a influência das zonas de drenagem e carregamento. O algoritmo de resolução utiliza o método de linhas que transforma as equações diferenciais parciais em equações diferenciais ordinárias, que são resolvidas pelo método de Runge-Kutta. Na etapa de validação do modelo foram estabelecidos os parâmetros da malha e o passo de integração, a verificação do código com a lei de conservação da espécie e um único estado estacionário. Também foram realizadas a comparação com os dados experimentais coletados no extrator real e com o método de estágios ideais, a análise da influência de propriedades da matéria-prima nas características principais do modelo, e estabelecidos os dados iniciais do regime básico (regime de operação) Foram realizadas pesquisas numéricas para determinar: os regimes estacionário e transiente, a variação da constante de equilíbrio entre as fases, a variação do número de seções, a alteração da vazão de matéria-prima nas características de um extrator industrial e, também foram realizadas as simulações comparativas para diferentes tipos de matéria-prima (flocos laminados e flocos expandidos) usados amplamente na indústria. Além dessas pesquisas, o modelo também permite simular diferentes tipos de solventes. O estudo da capacidade de produção do extrator revelou que é necessário ter cuidado com o aumento da vazão da matéria-prima, pois um pequeno aumento desta pode causar grandes perdas de óleo tornando alto o custo da produção. Mesmo que ainda seja necessário abastecer o modelo com mais dados experimentais, principalmente da matéria-prima, os resultados obtidos estão em concordância com os fenômenos físico-químicos envolvidos no processo, com a lei de conservação de espécies químicas e com os resultados experimentais.

Estudo do comportamento hidráulico e mecânico de materiais geotécnicos para barreiras horizontais impermeáveis

Este trabalho analisou o comportamento hidráulico e mecânico de novos materiais geotécnicos compósitos, tentando adequar suas características à utilização em barreiras horizontais impermeáveis, dando ênfase para liners de cobertura. A melhoria das propriedades das matrizes estudadas, que resultaram em novos materiais compósitos, foi avaliada através da adição de bentonita e fibras. O estudo consistiu em duas etapas: a avaliação do comportamento hidráulico e do comportamento mecânico dos compósitos. Na primeira etapa foram realizados ensaios de condutividade hidráulica em permeâmetro de parede flexível com carga constante, em amostras compactadas de solo residual de arenito Botucatu, cinza de fundo, areia e caulim, com adições de bentonita e fibras de polipropileno de 24mm. Dentre os materiais estudados, a cinza de fundo foi a única matriz que, mesmo com a adição de 18% de bentonita, não alcançou uma condutividade hidráulica inferior a 1x10-7m/s, exigida para liners de cobertura. Além disso, com o intuito de avaliar o efeito da inclusão da bentonita e da morfologia das partículas na condutividade hidráulica das misturas, principalmente para a cinza de fundo, foi feita uma análise fotomicrográfica do material em microscópio petrográfico Na segunda etapa do trabalho foi estudado o comportamento mecânico dos compósitos através de ensaios triaxiais de compressão isotrópica, ensaios triaxiais CID e CIU com trajetórias de tensão convencionais e especiais, bem como através de ensaios ring shear. Foi verificado que a adição de fibras aumenta os parâmetros de resistência ao cisalhamento (c, φ) e a resistência ao cisalhamento pós-pico dos compósitos, principalmente a baixas tensões efetivas médias iniciais e após grandes deformações. A análise conjunta dos resultados de condutividade hidráulica e do comportamento mecânico dos compósitos indica a existência de uma grande gama de materiais compósitos que podem ser utilizados como liners de cobertura: liners de areia com bentonita e areia com bentonita e fibras; liners de SRAB e SRAB com fibras e liners de caulim e caulim com fibras, sendo que o último pode ser utilizado também para resíduos perigosos ou em liners de fundo.

Comportamento estrutural de vigas de concreto armado reforçadas com compósitos de fibra de carbono

Atualmente, a necessidade de reabilitação estrutural tem se tornado cada vez mais freqüente. Desde o advento do concreto, diversas metodologias de reabilitação estrutural vêm sendo desenvolvidas e aplicadas; e têm tornado-se cada vez mais sofisticadas. A aplicação de compósitos de fibra de carbono no reforço de estruturas de concreto armado, representa o que há de mais moderno neste importante segmento da engenharia estrutural. Apesar das inúmeras vantagens de sua aplicação, a incorporação de um material, até então estranho ao meio da engenharia estrutural convencional, tem merecido especial atenção por parte dos pesquisadores envolvidos neste segmento. Este estudo tem por objetivo, portanto, explorar as principais implicações estruturais da aplicação dos compósitos de fibra de carbono no reforço externo de vigas de concreto armado. Para tanto, tornou-se necessária a implementação de um amplo programa de investigação, fundamentalmente experimental, baseada na realização de ensaios de flexão em vigas de concreto armado, reforçadas à flexão e ao cisalhamento, com dois tipos de sistemas de reforço. De modo a permitir uma análise ampla das evidências experimentais alcançadas através da condução do programa experimental, realizou-se uma profunda revisão da literatura disponível acerca do assunto. O programa experimental foi dividido em dois grupos O primeiro, composto por 14 vigas, reforçadas à flexão e o segundo, composto por 30 vigas, reforçadas ao cisalhamento. Em ambos os grupos, empregaram-se dois tipos de sistema de reforço (laminados pré-fabricados e mantas flexíveis pré-impregnadas). O procedimento de ensaio, idealizado e implementado especialmente para a condução do programa experimental da presente tese, foi totalmente controlado por computador, conferindo, assim, maior confiabilidade aos ensaios. Em cada um dos grupos, analisaram-se, além dos modos e cargas de ruptura, deformações específicas, deslocamentos e distribuição de tensões. Finalmente, estes resultados são discutidos e avaliam-se modelos analíticos que permitam simular o comportamento destas estruturas.

Avaliação de resinas Epóxi para fabricação de materiais compósitos pelo processo de pultrusão

A utilização de resinas epóxi na fabricação de materiais compósitos vem crescendo substancialmente nos últimos anos. O processo de pultrusão também acompanha esta tendência e a demanda por dados técnicos a respeito desta resina vem crescendo, sendo cada vez mais objeto de pesquisa em universidades e empresas. A pultrusão é um processo contínuo de fabricação de materiais compósitos. O processo consiste basicamente em duas etapas a saber: a impregnação, onde se tem a aplicação da mistura com resina, endurecedor e aditivos sobre as fibras; a cura do perfil, onde o material compósito passa pelo processo de reticulação, adquirindo sua forma final e suas diferentes propriedades mecânicas, físicas e químicas. O interesse deste trabalho reside especialmente sobre este tipo de resina pelo fato de que seu emprego no processo de pultrusão confere excelentes propriedades químicas e elétricas ao perfil fabricado. Dadas às características do processo de pultrusão, o conhecimento do comportamento da resina, do ponto de vista físico e cinético, é requisito básico para a obtenção de produtos de qualidade. Apresentando um comportamento diferenciado de resinas poliéster, as resinas epóxi possuem características especiais que tornam o seu uso no processo de pultrusão bastante desafiador. Através de ensaios térmicos (calorimetria exploratória diferencial – DSC- e análise termogravimétrica – TGA) foi possível verificar o comportamento das resinas epóxi misturadas com endurecedor As resinas estudadas apresentaram boa resistência térmica, com temperaturas de degradação superiores a 1500C. Quando testadas no DSC, as resinas apresentaram diferentes calores de reação para cada um das condições testadas, destacando-se a resina LY-553 como adequada para uso no processo de pultrusão. Testes verificando tempo de gel e viscosidade complementaram os dados, fornecendo informações úteis para o estudo das resinas na área de impregnação no processo de pultrusão. Estes testes confirmaram a aplicabilidade da resina LY-553 no processo de pultrusão, bem como qualificaram a resina GY-281 como uma possível alternativa para a produção de perfis pultrudados.

Avaliação do comportamento de materiais compósitos de matrizes cimentícias reforçadas com fibra de aramida kevlar

Esse trabalho aborda a questão de materiais compósitos reforçados com fibras (fiber reinforced concrete) com enfoque em matrizes cimentícias reforçadas com fibra de aramida Kevlar. O objetivo é caracterizar o potencial da fibra de aramida Kevlar como elemento de reforço a ser adicionado ao concreto. O trabalho busca caracterizar o desempenho dos compósitos formados, identificando as alterações decorrentes da incorporação em função do comportamento mecânico e da resistência ao impacto. Os objetivos são verificar a potencialidade de utilização dessa fibra em termos de trabalhabilidade e resistência mecânica; definir como deve ser a forma de incorporação, verificar a aderência da fibra à matriz através de microscopia eletrônica de varredura por elétrons secundários e determinar a resistência ao impacto, comparando matrizes sem adição de fibra com corpos-de-prova moldados com vários tipos e teores de fibra (aço, sisal, vidro, polipropileno e aramida). Como vantagens da incorporação das fibras de aramida Kevlar, constata-se um incremento na resistência à compressão dos compósitos aos 28 dias em relação aos espécimes sem adição de fibra. Observam-se, também, reduções na massa específica e na trabalhabilidade dos espécimes com adição de fibra de aramida Kevlar em comparação aos sem adição. Em relação à resistência ao impacto, conclui-se que os compósitos com adição de fibra de aço e fibra de aramida são os que apresentaram melhor comportamento dinâmico em relação a energia de ruptura acumulada e à energia para aparecimento da primeira fissura, respectivamente.

Otimização em dois níveis da orientação e da topologia de cascas laminadas

Este trabalho é uma contribuição para o conhecimento de metodologias de projeto de estruturas de material composto, aplicando métodos de otimização estrutural a cascas laminadas e apresentando uma estratégia em dois níveis. No primeiro nível é realizada a minimização da flexibilidade da estrutura, tendo como variável de projeto a orientação de cada lâmina da estrutura. Utiliza-se Programação Linear Seqüencial (SLP) e direção de tensão principal para otimização da orientação. No segundo nível minimiza-se o volume de cada lâmina, usando a flexibilidade total da estrutura como restrição e a densidade relativa como variável de projeto, também através de SLP. Para evitar aparecimento de áreas com densidades intermediárias, utiliza-se um Método de Continuação, dividindo o nível de otimização topológica em duas ou mais etapas. As formulações desenvolvidas permitem a solução de problemas com múltiplos casos de carregamento. Para a solução da equação de equilíbrio de casca laminada, utiliza-se um elemento finito de casca degenerado de oito nós com integração explícita na direção da espessura. A implementação desse elemento é feita de modo a facilitar a obtenção das derivadas da matriz de rigidez, necessárias na linearização das funções objetivo e restrições. Evita-se assim o uso de derivadas numéricas. Resultados para vários tipos de estrutura são apresentados, incluindo comparações entre diferentes carregamentos, condições de contorno, número de lâminas, espessuras, etc. As soluções obtidas, formas de análise e possíveis aplicações são discutidas.