Conceitos de viscoelasticidade na modelação da fluência em estruturas mistas aço-betão

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas

Aplicação de indentação instrumentada na caracterização mecânica de poliuretana derivada de óleo de mamona

Neste trabalho são investigadas as propriedades mecânicas de poliuretana derivada do óleo de mamona, utilizando a técnica de indentação instrumentada com penetradores de geometrias piramidal e esférica. Foi analisada a influência da forma do penetrador utilizado nos ensaios de indentação instrumentada para se obter valores das propriedades mecânicas de polímero derivado de óleo de mamona. Os penetradores utilizados são de pontas piramidais dos tipos Berkovich e canto de cubo e esférico de raio igual a 150 μm em um Nanoindenter XP TM com cargas aplicadas entre 1 e 200 mN. As penetrações variam de acordo com o formato do penetrador, sendo maiores para pontas agudas. A dureza e o módulo de elasticidade foram determinados, utilizando o método de Oliver e Pharr. Verificou-se que os valores medidos para a dureza são maiores para penetradores mais agudos. Os valores obtidos com a ponta piramidal Berkovich foram de 0,14 GPa para pequenas penetrações e 0,12 GPa para maiores penetrações. Já os valores obtidos com ponta canto de cubo foram 25 a 30% maiores. Isso está relacionado com os volumes das regiões que apresentam deformações plásticas elevadas, no caso de penetradores agudos comparados com os volumes das regiões que sofrem deformações viscoelásticas. A viscosidade aparente determinada, utilizando penetrador esférico em testes de força aplicada constante, é igual a (22 ± 2) × 10(12) Pa.s.

Rheology of decane/water and triglyceride/water emulsions stabilized by β-casein and sodium caseinate

β-Casein and sodium caseinate stabilized emulsions were produced and had their rheological properties investigated as a function of the nature of the oil phase, ionic strength and pH. Oil phases of distinct structural characteristics, namely decane and vegetable oil of high triglyceride content, were assayed. The former was much more effectively emulsified than the latter. Effects of pH and ionic strength were minor. Emulsion rheological properties were strikingly distinct in each case, with viscoelastic, solid-like structures being formed with decane (G' >> G"), differently from what is observed for samples containing triglycerides as the oil phase, in which viscoelasticity was not even apparent. The relevance of the spatial features of the oil phase structure in the development of the emulsion viscoelastic character is discussed. Factors responding for the system distinct behaviour possibly reside at the emulsion droplet interface, unapproachable by optical microscopy, rather than on aspects related to particle size or shape.

Rheology of decane/water and triglyceride/water emulsions stabilized by 'beta'-casein and sodium caseinate

Emulsões estabilizadas por 'beta'-caseína e sódio caseinato tiveram suas propriedades reológicas investigadas em função da natureza da fase oleosa, da força iônica e do pH. Fases oleosas de características estruturais distintas, a saber, decano e óleos vegetais de alto teor triglicerídico, foram ensaiadas. A emulsificação dos sistemas contendo decano foi significativamente mais efetiva do que aquela das amostras contendo triglicérides. Efeitos de pH e força iônica mostraram-se relativamente pouco importantes sobre a capacidade emulsificante da proteína. As propriedades reológicas foram marcadamente distintas em cada caso, com estruturas de caráter sólido (G' G") sendo produzidas com decano, diferentemente do que foi observado para amostras contendo triglicérides, nas quais a viscoelasticidade não foi nem mesmo aparente. A relevância de aspectos espaciais da estrutura da fase oleosa no desenvolvimento do caráter viscoelástico é discutida. Propõe-se que os fatores responsáveis pelo comportamento distinto observado residam possivelmente na interface gotícula/meio dispersante, inacessível por microscopia óptica, e guardam pouca relação com tamanho ou forma da gotícula.

Contribuição para o estudo da incorporação de materiais poliméricos em membranas betuminosas

A realização deste trabalho inseriu-se na contribuição para o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas, mais concretamente na modificação de misturas betuminosas. Para o efeito, foram sintetizados novos poliésteres polióis semelhantes estruturalmente, mas com diferentes pesos moleculares, baseados na utilização de ácidos diméricos de fonte renovável (tall-oil), que serviram de suporte para a produção de prepolímeros de isocianato para a modificação de betumes. A caracterização dos póliesteres polióis e dos polímeros produzidos foi realizada através de espectroscopia de infravermelhos. Ensaios de engenharia e qualidade, especificados para misturas betuminosas, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Imperalum e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade cinemática e dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Betumes 160/220 previamente modificados com teores de 1% e 3% de prepolímeros reactivos e, modificados com APP e SBS, foram caracterizados reologicamente a várias temperaturas na zona de viscoelasticidade linear. Os ensaios foram realizados em regime dinâmico através do varrimento em frequência a várias temperaturas. Pela análise dos resultados obtidos, concluiu-se que as modificações consideradas aumentam o carácter elástico dos betumes, confirmado pelo aumento do módulo elástico (G’(ω)). Os betumes modificados com teores de 1% de prepolímeros foram caracterizados microestruturalmente através de microscopia de força atómica. As imagens topográficas obtidas confirmam a existência de três fases distintas, designadamente a fase catana, perifase e parafase. A avaliação das proporções de cada fase revelou dependências entre a estrutura dos modificadores e a alteração efectiva da microestrutura dos betumes.

Desenvolvimento de materiais poliméricos com vista à sua incorporação em membranas betuminosas

O principal objectivo deste trabalho foi o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas. Assim, foram sintetizados novos poliésteres polióis, com pesos moleculares semelhantes, analisados através das titulações dos grupos hidroxilo e ácido carboxílico terminais, e estruturas diferentes. Os polímeros foram sintetizados com base em ácidos diméricos, Unidyme 18 e glicóis, monopropilenoglicol e neopentilglicol no caso do polímero linear, já para o polímero tri-funcional utilizou-se trimetilolpropano e monopropilenolglicol. Estas matérias-primas servem de suporte à produção dos prepolímeros e quasi-prepolímeros reactivos de isocianato terminal para a modificação dos betumes, sendo as suas caracterizações realizadas através de espectroscopia de infravermelhos e ensaios de viscosidade. Foram preparadas as misturas com o betume de grade 160/220, provenientes da refinaria de Sines e do Porto com adição de teores de 5%, 10& e 15% de um prepolímero PRP1 e de um quasi-prepolímero. Ensaios de engenharia e qualidade, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Lusasfal e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos normativos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Os betumes 160/220 previamente modificados com aPP e SBS, foram caracterizados reologicamente à temperatura ambiente na zona da viscoelasticidade linear.

Propriedades de filmes comestíveis produzidos com diferentes concentrações de plastificantes e de proteínas do músculo de tilápia-do-nilo

A utilização de proteínas sarcoplasmáticas junto de proteínas miofibrilares pode ser interessante na tecnologia de filmes comestíveis, pois eliminaria o processo de lavagem do músculo no preparo das proteínas. O objetivo deste trabalho foi estudar propriedades físicas de filmes constituídos de proteínas miofibrilares e sarcoplasmáticas do musculo de tilápia-do-nilo (Oreochromis niloticus), em razão da concentração de proteínas e do plastificante na solução filmogênica. Os filmes foram elaborados a partir de soluções filmogênicas contendo 1 e 2 g de proteínas do músculo/100 g de solução filmogênica e 15 a 65 g de glicerina/100 g de proteínas, com pH igual a 2,7 (ácido acético glacial), tratadas à temperatura de 90C por 30 minutos e desidratadas a 30° C por cerca de 24 horas. Os filmes produzidos com soluções de maior concentração de proteínas apresentaram-se mais coloridos, mais resistentes à perfuração e à tração, com maior capacidade de elongamento quando submetido à tração, e visivelmente mais opacos, embora nesse último caso, sem efeito significativo. As propriedades viscoelásticas e a deformação na perfuração não foram influenciadas pela concentração de proteínas. Todas as propriedades foram influenciadas pela concentração do plastificante.

Efeito da umidificação, tratamento térmico e deformação sobre a decorticação da castanha de caju 'CCP-76' por meio de impacto único e direcionado

O sistema mecanizado, de múltiplos impactos, utilizado pela indústria brasileira no beneficiamento da castanha de caju, provoca danos às amêndoas e obtenção de apenas 50 a 60% de amêndoas inteiras. Para investigar o desempenho da aplicação de deformação limitada, por meio de impacto único e direcionado, um dispositivo especial foi projetado e construído. Determinou-se, inicialmente, a deformação específica correspondente ao melhor desempenho na decorticação. Utilizando-se desse valor, denominado de deformação específica limite, investigou-se o efeito de várias combinações de tempos de umidificação e tratamento térmico, utilizados na preparação da castanha do clone CCP-76, no desempenho da decorticação com impacto único e direcionado. Caracterizaram-se as castanhas pelas dimensões principais e peso, antes a após os tratamentos. O dispositivo construído mostrou-se eficaz e de fácil operação, sendo o maior índice de 77,55%, de amêndoas inteiras liberadas, foi obtido com deformação de 19%. Verificou-se que, após a preparação, as castanhas apresentaram perda média de massa de 25,7%, aumento no comprimento, largura e na espessura de 7,03%; 5,77% e 7,35%, respectivamente. Pela metodologia de superfície de resposta, não foram observadas diferenças de desempenho na decorticação.

Características físicas e mecânicas do endocarpo e da amêndoa da castanha de caju 'CCP 76' antes e após tratamento térmico

As características viscoelásticas da casca da castanha de caju in natura dificultam a sua decorticação por compressão. Para facilitar a abertura da casca e a liberação da amêndoa, as castanhas são submetidas à hidratação e tratamento térmico em banho de líquido da casca da castanha (LCC) a 210 ºC. Com o objetivo de conhecer o comportamento do produto, para futuros desenvolvimentos de mecanismos decorticadores, procurou-se caracterizar a castanha do clone 'CCP 76' por meio das principais dimensões, massa, volume e ensaios mecânicos do endocarpo e da amêndoa, antes e após o tratamento térmico. Os tratamentos consistiram em várias combinações de tempo de hidratação e tempo de residência em banho de LCC. Aplicou-se a metodologia de superfície de resposta para identificar o melhor tratamento. Construíram-se dispositivos de abertura manual da castanha, cisalhamento do endocarpo e penetração da amêndoa para a realização dos ensaios mecânicos. Observaram-se alterações no comprimento, na largura e na espessura, assim como na massa e no volume, antes e após os tratamentos. Os resultados do ensaio de cisalhamento do endocarpo e da rigidez da amêndoa indicam diferença entre o material in natura e o tratado termicamente. As alterações nas dimensões de massa e de volume apontam para a necessidade de uma classificação após o tratamento térmico, quando essas constituírem parâmetros relevantes no processo de decorticação. A tendência da superfície de resposta mostrou que o ensaio com 79 h de hidratação e 165 s de residência em LCC a 210 ºC foi o mais próximo da região de ótimo.

Influência do amido e carragena nas propriedades texturiais de surimi de tilápia (Oreochomis sp.)

Foram utilizadas carcaças residuais da filetagem industrial de tilápias (Oreochomis sp.) na obtenção de carne de pescado separada mecanicamente (CPSM) para elaboração de surimi. Amidos de diferentes fontes, como milho ceroso, milho ceroso modificado e mandioca, e o polissacarídeo carragena foram usados como ingredientes, e estudados seus efeitos no comportamento do gel de surimi. O surimi elaborado a partir de carcaças residuais da filetagem industrial, apresentou um rendimento final de 25% (peso/peso). A análise instrumental de textura apresentou um efeito fortalecedor, em relação à força de penetração dos amidos no gel de surimi, sendo esse efeito proporcional à viscosidade (r = 0,81, p<0,05) dos amidos, estudados por amilograma Brabender; por outro lado, tanto os amidos como a carragena apresentaram uma diminuição da viscoelasticidade (p < 0,05) do gel de surimi.

Caracterização química, reológica e aceitação sensorial do queijo petit suisse brasileiro

Seis amostras comerciais de queijo petit suisse foram coletadas em supermercados da cidade de Campinas e analisadas quanto à composição química, capacidade de retenção de água, propriedades reológicas e aceitação sensorial. Os produtos comerciais diferiram especialmente em relação ao tipo de hidrocolóide adicionado e na relação proteína/gordura. O produto B apresentou uma capacidade de retenção de água maior que o dobro da apresentada pelas demais amostras. Este produto apresentou uma relação proteína/gordura intermediária e continha os hidrocolóides concentrado protéico de soro (CPS) e pectina. A amostra E apresentou os maiores valores de viscosidade aparente (etaa), viscosidade complexa (eta*), módulo de armazenamento (G’), módulo de dissipação (G’’) e também apresentou a maior relação proteína/gordura, sugerindo haver boa correlação entre a razão proteína/gordura e os parâmetros reológicos. A relação proteína/gordura influenciou significativamente os valores G’, G’’ e eta*, confirmando a influência da composição do produto na estrutura e na elasticidade do queijo petit suisse. Todas as amostras mostraram comportamento viscoelástico, sendo que G’ (o caráter elástico) foi maior que G’’ (o caráter viscoso), em todas as freqüências estudadas. Todas as amostras apresentaram características de "gel fraco" com a relação G’/G’’ entre 3 e 4. Houve diferença significativa (p<0,05) entre as amostras quanto aos atributos sensoriais aparência global e sabor. Em geral, os produtos apresentaram aceitação variando entre gostei ligeiramente e gostei muito. A única rejeição foi atribuída ao produto A, provavelmente devido à elevada sinerese apresentada. Em geral, as amostras E e F receberam a melhor aceitação sensorial e a amostra B, a aceitação mais baixa. A alta aceitação de alguns dos produtos analisados indica um bom potencial de consumo por adultos, que pode ser explorado pelos fabricantes de queijo petit suisse nacional.

Influência da temperatura no comportamento reológico da polpa de jabuticaba

O comportamento reológico em estado estacionário e dinâmico da polpa de jabuticaba foi estudado em diferentes temperaturas (5, 25, 45, 65 e 85 °C). As amostras foram submetidas a ensaios em estado estacionário (0 a 300 s-1) para o ajuste dos diferentes modelos de escoamento. O modelo de Herschel-Bulkley foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, no qual se observou a redução do índice de consistência (k) e um leve aumento do índice de comportamento de escoamento (n) com o aumento da temperatura. Ensaios oscilatórios, com valores de tensão dentro do intervalo linear, foram realizados para obtenção dos espectros mecânicos. As amostras analisadas a 5 °C apresentaram maior módulo de armazenamento (G'), indicando uma maior interação entre as partículas a esta temperatura, o que contribui para o fortalecimento da rede elástica. A polpa analisada a 45 °C não apresentou a mesma tendência que as outras temperaturas, o que pode ser um indício do início da estruturação da pectina natural presente na polpa.

A fisiologia da pele de rato é modificada pela idade

Os modelos animais têm sido úteis para estudar mecanismos específicos que afetam a pele humana. É o caso do envelhecimento e das alterações micromecânicas que determinam o enrugamento (a formação de rugas) nos ratinhos irradiados com UV. Estes modelos permitiram perceber que o envelhecimento envolve muitas respostas mecânicas peculiares que não podem ser explicadas pela deformação homogénea da pele. No entanto, a diferença entre o tempo de vida destas espécies afeta também os processos e este é um aspeto principal a ter em conta. Este projeto é direcionado à comparação das propriedades cutâneas de dois grupos de ratos Wistar com diferentes idades – ratos jovens-adultos (n=7, 20-24 semanas) e adultos-velhos (n=5, 48-72 semanas). Medições não-invasivas de perda transepidérmica de água (PTEA), hidratação superficial (MoistureMeter) e biomecânica (Reviscometer e Cutometer por MPA80) foram realizadas nas zonas dorsais (pescoço, dorso-posterior) do animal durante 5 dias, permitindo comparações estatísticas entre grupos. Os resultados não revelaram diferenças significativas para a PTEA, firmeza ou viscoelasticidade entre os dois grupos. Contudo, foi notada uma diminuição significativa, próxima de 40%, da hidratação da pele no grupo dos ratos adultos-velhos. Estes resultados, apesar de preliminares, se fizermos a translação para os seres humanos poderiam ser úteis para avaliar mudanças relacionadas à idade em processos como a recuperação cutânea, ou eficácia / segurança de pensos, onde a hidratação é um factor determinante. Asua potencial utilização para a predição da eficácia e/ou segurança dos produtos de aplicação tópica para idosos em comparação aos adultos merecem ser exploradas.

Aplicação da teoria de dano na análise do comportamento viscoelástico de estruturas de concreto

A presente dissertação de mestrado tem por assunto a representação do comportamento mecânico do concreto sob cargas de curta e longa duração, incluindo efeitos não-lineares. Para tal fim trabalha-se com equações baseadas na teoria do dano contínuo. São propostas equações para o caso triaxial e, baseado nelas, é implementado um programa computacional. Com diversos exemplos verifica-se que: a) A solução numérica aproxima bem os resultados teóricos. b) O comportamento do modelo representa bem as características qualitativas do concreto. c) O modelo permite aproximar bem alguns resultados experimentais, mas ainda deve ser aperfeiçoado, particularmente no que refere-se à identificação de parâmetros.

Aplicação da teoria da homogeneização em materiais compósitos viscoelásticos

Materiais compósitos são empregados nos mais diversos tipos de estruturas (civis, mecânicas, aeronáuticas, etc.). A possibilidade de otimização de suas propriedades, frente às solicitações consideradas, representa uma grande vantagem na sua utilização. A teoria da homogeneização permite a avaliação da influência de detalhes microestruturais nas características do composto através do estudo de uma célula elementar. Os deslocamentos periódicos dessa célula são aproximados com expansões ortogonais polinomiais. A exatidão dos cálculos elásticos está associada ao grau dos polinômios utilizados. O procedimento numérico no modelo viscoelástico é incremental no tempo, utilizando-se de variáveis de estado, cuja implementação proporciona grande economia computacional, pois evita o cálculo de integrais hereditárias. A influência de diversos parâmetros físicos na constituição dos compósitos de fibras unidirecionais estudados é discutida e comparada com resultados obtidos com modelos em elementos finitos, tanto em elasticidade, quanto em viscoelasticidade sem envelhecimento. Para o caso de envelhecimento, no qual as características dos constituintes são variáveis com o tempo, é mostrada a resposta dos compósitos sob relaxação para diferentes instantes iniciais de carregamento em situações de "softening" (ou abrandamento) e "hardening" (ou endurecimento).