Propagação de fendas por fadiga quando sujeitas a carregamentos em Modo I ou Modo III

A propagação de fenda sob fadiga pode ser observada em vários componentes mecânicos, que podem ser feitos de chapa fina ou espessa (ou cascas) e, consequentemente, serem sujeitos a estado plano de tensão ou estado plano de deformação, respectivamente. As cargas aplicadas num corpo sólido que contém um entalhe estreito ou uma fenda aguda irão induzir uma zona de escoamento limite de material com uma dimensão que dependerá das propriedades mecânicas do material, bem como a espessura do corpo, o comprimento de fenda e a intensidade das cargas aplicadas. A propagação da fenda pode então ocorrer sob modo I, II, III ou modo misto. Esta tese apresenta as funções integrais JI, JII e JIII , que foram correlacionadas com os factores de intensidade de tensão KI, KII e KIII, para provetes CT espessos e finos. A avaliação dos valores do Integral-J foi feita para diferentes comprimentos de fenda, ao longo da frente de fenda, usando o Método dos Elementos Finitos (MEF), com nós colapsados e intermédios deslocados a ¼ do comprimento da aresta, com o objectivo de simular a singularidade na extremidade da fenda. A interacção entre os modos de abertura, corte e rasgamento é também discutida. Adicionalmente, a propagação de fenda sob o modo I e o modo III foi determinada experimentalmente, à temperatura ambiente, para um aço inoxidável austenítico Cr-Mn de alta resistência.

Desenvolvimento de um sistema de diagnóstico de falhas em motores elétricos de indução

Os motores trifásicos de indução são os mais utilizados na indústria a nível mundial essencialmente devido à sua versatilidade, fiabilidade e baixo custo. Apesar da alta fiabilidade destes motores, o decorrer do tempo acaba por inevitavelmente levar a um desgaste que se poderá tornar excessivo quando negligenciado, levando assim o motor à situação de avaria. De forma a contornar este problema que resulta em gastos energéticos e prejuízos financeiros para as empresas, consequentes da paragem dos seus sistemas produtivos, as empresas recorrem à prática da manutenção preditiva. Através de uma monitorização contínua dos parâmetros de funcionamento, são realizados sucessivos diagnósticos não invasivos aos sistemas produtivos, nomeadamente motores, prevenindo deste modo o surgimento de falhas e avarias, identificando a origem do problema. A presente dissertação foi elaborada no âmbito da realização de um estágio numa empresa do setor eletromecânico. A referida empresa comercializa equipamentos industriais, dentro dos quais motores elétricos, entre outros componentes de acionamentos eletromecânicos, prestando serviços de manutenção dos mesmos. Este trabalho visou uma reformulação de um projeto de uma bancada para realização de testes de capacidade dos motores. A bancada de ensaio, além de reformulada, ganhou novas funcionalidades. Foi desenvolvido um sistema de análise e diagnóstico de falhas mecânicas em motores elétricos, através da inclusão de sensores adaptados para monitorização dos parâmetros de funcionamento. A escolha das técnicas utilizadas teve por base uma análise dos modos de falha dos elementos do motor. Para facilitar o trabalho do operador, foi incluída uma consola com botões de navegação e um mostrador em LCD para visualização do menu. Foram também comparados dois sistemas diferentes para simulação de carga, ou seja, de teste à capacidade dos motores. No âmbito desta dissertação está a ser preparado um artigo e uma apresentação para o 13º CNM (Congresso Nacional de Manutenção da APMI).

Estudo comparativo de medição da velocidade da onda de pulso: VasoCheck versus complior

A medição da Velocidade da Onda de Pulso (VOP), enquanto meio complementar de diagnóstico e tratamento das doenças cardiovasculares, é considerada um marcador precoce de compromisso arterial em diversos contextos clínicos. O seu papel consolida-se na prevenção primária da patologia arterial, através da avaliação das propriedades mecânicas dos vasos sanguíneos, nomeadamente, quanto à sua rigidez e distensibilidade. Neste trabalho pretende-se comparar os valores experimentais da VOP obtidos com dois métodos de medição diferentes. Para a obtenção das ondas de pulso, utilizaram-se dois equipamentos não-invasivos que permitem uma avaliação in-vivo das propriedades mecânicas dos vasos sanguíneos. Estes distinguem-se pelo princípio físico em que se baseiam: o Complior usa sensores de pressão, baseando-se no princípio piezoeléctrico e o protótipo do equipamento VasoCheck, desenvolvido no nosso grupo da NMT, usa sensores ópticos de infra-vermelho, baseando-se no princípio fotopletismográfico (FPG). As medições com os dois métodos realizaram-se em ambiente controlado, numa amostra de 42 voluntários dos 20 aos 30 anos de idade, de ambos os sexos, saudáveis e sem diagnóstico cardiovascular associado. Os dados experimentais obtidos com os métodos e sensores acima enunciados foram tratados estatisticamente. Os valores da VOP obtidos com o método FPG mostraram-se consistentes e em boa concordância com os obtidos com o método piezoeléctrico. O método FPG aparenta ser mais rápido na sua utilização. Futuramente, evidencia-se importante repetir a série de medições com os dois métodos numa amostra maior, estendendo-a também a voluntários com diagnóstico cardiovascular conhecido. Com base neste trabalho foi apresentada a comunicação painel “Análise comparativa de dois métodos de medição da Velocidade da Onda de Pulso” na International Conference on Health Technology Assessment and Quality Management 2012, realizada a 3 e 4 de Fevereiro de 2012 na Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa.

Influência da exsudação e da perda de água nas propriedades reológicas de grouts

A sociedade dispõe hoje de um vasto património edificado que na maioria dos casos necessita de conservação para que continue a corresponder às necessidades e expectativas das comunidades. A alvenaria de pedra de múltiplos panos apresenta-se como a solução construtiva mais comum nos centros urbanos europeus. No entanto, a sua conservação requer na maioria das vezes intervenções de consolidação com vista à melhoria das suas características mecânicas e consequente integridade estrutural. A técnica de consolidação por injeção de grouts é uma das mais utilizadas neste tipo de solução construtiva. O trabalho aqui apresentado teve como objetivo contribuir para o conhecimento dos grouts, à base de cal hidráulica, para injeção em alvenarias antigas de três panos. Concretamente, sobre a influência da perda de água e da exsudação nas suas propriedades reológicas. É sabido, que as propriedades no estado fresco dos grouts condicionam a resistência mecânica e durabilidade no estado sólido. Essas estão dependentes da capacidade de penetração nas fendas da alvenaria, preenchimento uniforme dos vazios e da manutenção da homogeneidade do grout, ao longo de todo o processo de reforço. Neste sentido, definiu-se para a campanha experimental a realização de dois tipos de ensaios: fluidez-estabilidade e reométricos, de forma a quantificar os parâmetros definidos, genericamente, pelas propriedades em cima referidas. Durante os ensaios com o reómetro rotacional (pratos paralelos), investigou-se o fenómeno de escorregamento para três formulações de grouts. Foi possível correlacionar a ocorrência deste fenómeno com as condições de ensaio no reómetro (tensão e taxas de corte aplicadas e gap) e com a sua composição, nomeadamente o rácio entre água/ligante. Propôs-se, também, a colagem de uma lixa na superfície da geometria do reómetro, de forma a mitigar a subestimação dos parâmetros reológicos, introduzidas pelo escorregamento.

Análise da injectabilidade do grout variando o meio poroso ao longo do escoamento

O envelhecimento do património edificado que constitui a maioria dos centros históricos e urbanos, não só em Portugal, como em toda a Europa, é uma realidade. Parcela significativa destes edifícios é constituída por paredes de alvenaria de pedra em mau estado de conservação. A necessidade crescente de intervenção no sentido de optimizar as respectivas condições de segurança destes edifícios é por isso prioritária. Uma das técnicas mais comuns, usadas na consolidação de alvenarias antigas e elementos arquitectónicos danificados, é a injecção de grouts. A utilização desta técnica tem como finalidade, não só o preenchimento de vazios existentes, de modo a aumentar a compacidade e resistência mecânica do núcleo da estrutura, mas também a criação de uma boa ligação com os panos exteriores, permitindo que a alvenaria recupere o seu comportamento monolítico. No entanto, é necessário ter em consideração, antes de qualquer intervenção de reabilitação, a compatibilidade entre os materiais originais e os materiais utilizados na intervenção. Deste modo, optou-se pela utilização de um ligante, cuja as propriedades mecânicas, físicas e químicas mais se assemelham aos materiais originais em alvenarias antigas, caso da cal hidráulica. Outro aspecto de grande importância a ter em conta, na injecção de grouts, é o poder de penetração da mistura. Assim, a necessidade de avaliação da eficiência da injecção em diferentes meios porosos conduziu à criação de modelos com diferentes composições que simulassem, com a maior fiabilidade possível, meios porosos encontrados no pano interior de alvenarias antigas. O presente trabalho incide principalmente na realização de ensaios de injecção, tendo como objectivo a análise da influência da variabilidade do meio poroso ao longo da altura de injecção de grout. Foram ainda realizados, de modo a avaliar a qualidade destas injecções, ensaios de velocidade de propagação de ultra-sons, assim como, a utilização da técnica de tomografia ultra-sónica. A combinação deste ensaio e técnica de análise não-destrutivas revelou-se de grande utilidade na avaliação da morfologia interna dos modelos criados. De forma a conhecer as resistências mecânicas e as respectivas relações com a qualidade de injecção dos meios porosos, realizaram-se ensaios de resistência à tracção por compressão diametral (também designados por Splitting Tensile Strength Test). Por fim, na última parte deste trabalho, de modo a simular os testes de injecção realizados anteriormente em laboratório, foi usado um modelo analítico tendo como ponto de partida a teoria de fluxo laminar viscoso através de meios porosos, com base na lei de Darcy.

Estudo da influência do nevoeiro salino nas propriedades de calcários portugueses

O nevoeiro salino é um agente de meteorização importante para a maioria dos materiais de construção. Os produtos em pedra natural não são exceção. A estrutura das rochas geralmente apresenta características texturais (rede de poros, microfissuras, fissuras, planos de xistosidade, etc.), que facilitam a penetração do nevoeiro salino na pedra e a condensação no seu interior. A presença da solução salina pode conduzir à degradação da rocha e em casos extremos, à sua total desintegração, através de mecanismos físicos decorrentes da cristalização de sais, da hidratação destes, ou de distintas dilatações/retrações térmicas entre sal e rocha. Contudo, a pedra também pode ser alterada por processos químicos, dos quais a dissolução dos carbonatos é um exemplo. Entre os principais tipos de rocha explorados em Portugal, os calcários são particularmente suscetíveis ao nevoeiro salino, posto que geralmente apresentam porosidades abertas com valores elevados e uma rede de poros que permite uma penetração mais profunda do nevoeiro salino na estrutura da pedra. O estudo do comportamento dos calcários ao nevoeiro salino assume particular importância em Portugal, devido ao facto do país possuir uma orla costeira extensa, grande parte da qual sob a influência de nevoeiro salino. É o litoral que apresenta a maior densidade populacional e, consequentemente, onde se concentram as construções. Além disto, Portugal possui vastas reservas de calcários ornamentais, que são utilizados em larga escala como materiais de construção, desde tempos imemoriais e cuja procura pelo mercado externo, tem vindo a sofrer um incremento significativo. Para este estudo foram selecionados seis calcários portugueses amplamente aplicados e com propriedades físico-mecânicas diferentes. Depois de analisadas as suas características petrográficas, químicas e as principais propriedades tecnológicas, os calcários foram submetidos aos seguintes ensaios de envelhecimento: choque térmico, gelo e nevoeiro salino. A determinação de todas as características tecnológicas através de normas europeias, permitiu uma análise crítica dos respetivos métodos de ensaio e a elaboração de propostas de melhoria de alguns dos métodos. No nevoeiro salino, a avaliação deste ensaio foi complementada com as determinações e análises a seguir apresentadas, não exigidas pela norma europeia: variações na absorção de água e na resistência à flexão; comparação do ensaio em três acabamentos superficiais distintos; análises comparativas de imagens macroscópicas da superfície, de imagens através de lupa binocular e de imagens de eletrões secundários, obtidas com recurso a microssonda eletrónica. Os resultados permitiram avaliar a aptidão dos calcários para os principais tipos de aplicações e, dentro de cada uma, para condições específicas de uso. Assim, foi possível definir as utilizações recomendadas para cada calcário, com o objectivo de maximizar a sua durabilidade. Os ensaios de envelhecimento possibilitaram determinar a resistência dos calcários perante várias condições climáticas específicas, incluindo as existentes em zonas costeiras. A análise detalhada dos resultados do nevoeiro salino reforça o conhecimento de que a porosidade aberta desempenha um papel determinante no comportamento dos calcários neste ensaio de durabilidade. Verificou-se, também, que os acabamentos superficiais grosseiros são mais suscetíveis ao nevoeiro salino, mas menos sensíveis às alterações cromáticas provocadas por este ensaio. Constatou-se que o nevoeiro salino gera perda de brilho nas superfícies com acabamento polido. Por fim, concluiu-se que a perda de massa registada por todas as amostras de calcário ensaiadas, ficou a dever-se essencialmente a processos de dissolução do CaCO3.

Potencial do Sienito Nefelínico de Monchique para incorporação na indústria cerâmica

A procura de novos materiais aumenta dia após dia, obrigando o Homem a procurar e encontrar novas soluções, tendo sempre como critério decisivo, uma exploração económica e ambiental sustentável. É neste âmbito que surge o tema desta dissertação. O objetivo é tirar um maior proveito do sienito nefelínico de Monchique (Portugal), à semelhança de países como a Rússia, Canadá e Noruega, que utilizam esta rocha a nível industrial. Neste trabalho, a investigação foi no sentido de estudar o potencial da rocha portuguesa para a indústria cerâmica. O elevado teor de alumina e álcalis que o sienito nefelínico apresenta na sua constituição, serve de substituto aos minerais atualmente utilizados neste sector, os feldspatos isolados. A alumina serve de estabilizador, promovendo a durabilidade dos materiais pelo aumento da resistência e o conteúdo em álcalis funciona como fundente, diminuindo a temperatura de queima. Desta forma, o Maciço de Monchique ganha uma nova importância económica, sendo uma mais-valia para o país. Para tal, elaboraram-se provetes cerâmicos constituídos por 0, 20, 40 e 60% em peso de sienito nefelínico em mistura com argila. Posteriormente, sujeitaram-se os provetes a três temperaturas diferentes, 900 °C, 1000 °C e 1100 °C e submeteram-se cada um deles a ensaios físicos e mecânicos, para determinar o potencial da incorporação do sienito de Monchique na indústria cerâmica. Os resultados indicaram que a adição de sienito nefelínico melhora as propriedades físicas da argila. Relativamente às propriedades mecânicas, o ensaio de resistência à flexão indicou que, dos vários teores testados, o mais positivo encontra-se na percentagem de 20% de sienito nefelínico, apresentando valores próximos da argila pura utilizada como referência.

Influência do óxido de grafeno em argamassas de cal hidráulica natural

A área da Nanotecnologia tem sofrido uma grande evolução nos últimos anos, estando a esta associado o desenvolvimento de novos nanomateriais com a potencialidade de serem aplicados em áreas diversas, otimizando os respetivos produtos. Um dos nanomateriais que tem sido recentemente alvo de estudo no setor da construção é o óxido de grafeno (GO), por possuir elevada superfície específica, ser facilmente disperso em água e, em estudos efetuados, demonstrar contribuir para o aumento das propriedades mecânicas dos produtos cimentícios onde tem sido aplicado. O presente trabalho procura avaliar as vantagens da introdução do GO em materiais de construção, com o objetivo de perceber quais os contributos já detetados da aplicação deste nanomaterial no referido setor. Um outro objetivo foi o de avaliar o contributo que o GO pode ter quando aplicado em argamassas de cal hidráulica natural. Para tal procedeu-se à realização de uma campanha experimental, onde foram produzidas argamassas à base de cal hidráulica natural NHL3.5 com diferentes dosagens de GO (0,05%, 0,1%, 0,5% e 1% em função da massa da cal). O GO foi aplicado na amassadura disperso ou diretamente em pó, por forma a avaliar a influência nas características das argamassas. A utilização da NHL3.5 tem em vista colmatar uma lacuna existente no estudo do GO e, por outro lado, justifica-se por conduzir a argamassas não só compatíveis com as características de edifícios recentes, mas também aptas para aplicação como argamassas de substituição em edifícios antigos. Na campanha experimental estudaram-se as características microestruturais das argamassas, as propriedades mecânicas, o comportamento face à ação da água e o desempenho térmico. Os resultados obtidos foram pouco significativos, independentemente da forma como foi adicionado o GO. Concluiu-se que as dosagens de GO utilizadas na campanha experimental não foram as mais adequadas para avaliar a influência deste produto em argamassas de cal hidráulica natural NHL3.5 ou que, independentemente dessa dosagem, esta adição não é muito relevante para otimizar as características analisadas neste tipo de argamassas. No entanto, a adição de baixas dosagens de GO disperso (0,05% e 0,1%) parece conduzir a uma ligeira melhoria das características mecânicas e físicas, quando em comparação com as argamassas de referência.

Argamassas de cal hidráulica natural NHL3.5 com metacaulino – Caracterização após três anos em cura laboratorial e marítima

A presente dissertação enquadra-se num estudo que esteve inserido nos projetos FCT-METACAL e FCT-LIMECONTECH, e cujos resultados foram já parcialmente publicados por GRILO et al. (2014a e 2014b). Nesse estudo produziram-se e caraterizaram-se, aos 28, 90 e 180 dias, argamassas de cal hidráulica natural, NHL3.5 produzida em Portugal, com substituições percentuais de ligante por metacaulino (Mk). Outro fator estudado foi a influência do tipo de cura, estando as amostras das argamassas sujeitas a 3 tipos de cura diferentes: standard, marítima e húmida. Aos 180 dias de cura, as argamassas com 10% de substituição de Mk apresentaram melhorias nas resistências mecânicas e melhorias evidentes no comportamento em relação à absorção de água e secagem. No geral as características das argamassas indiciavam a sua adequação para a conservação de fachadas de edifícios antigos e aplicação na reabilitação de edifícios com suportes mais resistentes ou mesmo em construção nova. No presente estudo foram caracterizadas as mesmas argamassas, desta feita com 3 anos de idade, e avaliada a evolução das suas caraterísticas até esta idade em cura marítima e húmida. Ao contrário do previsto, as resistências mecânicas das argamassas com substituição de metacaulino tiveram reduções nos seus valores, chegando, em alguns casos, a ficar abaixo dos valores das argamassas sem Mk. Pela caracterização química e mineralógica constata-se que essa redução foi motivada pela instabilidade dos compostos pozolânicos formados pelo Mk, embora esses compostos tenham sido os responsáveis pelas elevadas resistências mecânicas registadas a idades jovens. As argamassas com Mk apresentaram um melhor comportamento à água, devido ao refinamento da sua estrutura porosa. Dos ensaios realizados apenas o índice de secagem e o ensaio de resistência aos sais revelaram resultados piores nas argamassas com Mk, quando em comparação com as argamassas de referência, só com NHL. Em relação ao tipo de cura, verificou-se não existirem grandes diferenças entre a cura húmida e a marítima.