Doctor of Philosophy / Department of Mechanical and Nuclear Engineering / Douglas McGregor / The effect of polyethylene addition on the growth of mercuric iodide (HgI[supscript]2) tetragonal prismatic crystals is examined. Three types of polyethylene powder are utilized: low molecular weight (¯Mw ~ 4 x 103), ultra high molecular weight (¯Mw ~ 3 x 6 106), and spectrophotometric grade polyethylenes. Among these types of polyethylene, the low molecular weight polyethylene produces the most significant change in HgI[supscript]2 morphology, with {110} being the most prominent crystal faces. Thermal desorption - gas chromatography/mass spectroscopy (TD-GC/MS) studies show that thermal desorption of the low molecular weight polyethylene at 100°C and 150°C produce isomers of alkynes, odd nalkanes, and methyl (even-n) alkyl ketones. HgI[supscript]2 growth runs with n-alkanes, with either neicosane, n-tetracosane, or n-hexatriacontane, cannot replicate the crystal shapes produced during growth with the low molecular weight polyethylene, whereas HgI[supscript]2 growth runs with ketones, with either 3-hexadecanone or 14-heptacosanone, produce HgI[supscript]2 tetragonal prismatic crystals, similar to the crystals grown with the low molecular weight polyethylene. C-O double bond contained in any ketone is a polar bond and this polar bond may be attracted to the mercury atoms on the top-most layer of the {110} faces through dipoledipole interaction. As a result, the growth of the {110} faces is impeded, with the crystals elongated in the [001] direction and bounded by the {001} faces along with large, prismatic {110} faces.

Elementos estruturais de Madeira Laminada Colada (MLC) têm sido muito utilizados na América do Norte e na Europa. Entretanto no Brasil há restrições quanto ao uso, principalmente, em razão da insegurança diante de potenciais riscos relacionados a incêndios. Este trabalho investigou o comportamento térmico e mecânico de elementos estruturais de MLC expostos à curva de incêndio-padrão ISO 834, preparados com duas espécies de madeira (Eucalyptus e Pinus) sem adição de tratamentos preservantes. Adicionalmente, elementos tratados com preservante ignífugo a base Borato de Cobre Cromatado (MOQ® OX 50CCBO) ou tratamento retardantes ao fogo (OSMOGUARD® FR100) também foram utilizados para analisar a influência na carbonização. O objetivo principal da pesquisa foi analisar a resistência ao fogo de elementos de MLC, avaliando a influência da espécie de madeira, a influência da densidade, bem como os efeitos dos tratamentos preservantes. O programa experimental foi realizado no forno horizontal a gás instalado no Departamento de Engenhara das Estruturas - EESC/USP, com dimensões internas de 3m x 4m x 1,5m, e as análises numéricas foram implementadas no pacote computacional ABAQUS. O modelo numérico, com vistas ao monitoramento a deflexão no meio do vão e a avaliação da distribuição da temperatura ao longo da profundidade dos elementos, foram desenvolvidos e os resultados obtidos foram comparados com os dados obtidos por meio das análises experimentais. Métodos de cálculo propostos por diferentes autores e regulamentações internacionais foram aplicados para verificação das propostas de dimensionamento em situação de incêndio. A comparação dos resultados mostrou que a utilização dos métodos de dimensionamento (simplificado ou avançado) representa risco à segurança contra incêndio caso utilize valores para a taxa de carbonização das espécies nacionais determinados a partir dos métodos de cálculo ou normas internacionais. / Structural elements of Glued Laminated Timber (glulam) have long been used in North America and Europe, but their use is still restricted in Brazil for safety reasons, especially related to potential risks in face of fire. The present work investigated the thermal and mechanical behavior of structural elements of glulam exposed to fire standard ISO 834. The glued laminated timber was produced from two wood species (Eucalyptus and Pinus) without any treatments. However, elements treated with wood treatments like Copper Chrome Boron (MOQ® OX 50 -CCB-O) or fire retardant treatment (OSMOGUARD® FR100) were also used to investigate their influence on charring. The main objective of this study was to assess the fire resistance of the glulam elements, evaluating the influence of wood species and, consequently, the influence of density, as well as the effects of preservative treatment. The experimental program was carried out in a gas oven, with internal dimensions of 3m x 4m x 1.5m, and the numerical analyses were performed by ABAQUS. The numerical analyses aimed to monitor the deflection in the middle of the span as well as the temperature distribution along the depth of the elements. The results obtained from both the experimental and numerical analyses were compared. Calculation methods proposed by different authors and international regulations have been applied for verification of the proposed design in fire. A comparison of the results show that the use of calculation methods (simplified and advanced) represents a risk to fire safety in case of using the values of char rate for Brazilian wood species determined from the calculation methods.

Elementos estruturais de Madeira Laminada Colada (MLC) têm sido muito utilizados na América do Norte e na Europa. Entretanto no Brasil há restrições quanto ao uso, principalmente, em razão da insegurança diante de potenciais riscos relacionados a incêndios. Este trabalho investigou o comportamento térmico e mecânico de elementos estruturais de MLC expostos à curva de incêndio-padrão ISO 834, preparados com duas espécies de madeira (Eucalyptus e Pinus) sem adição de tratamentos preservantes. Adicionalmente, elementos tratados com preservante ignífugo a base Borato de Cobre Cromatado (MOQ® OX 50CCBO) ou tratamento retardantes ao fogo (OSMOGUARD® FR100) também foram utilizados para analisar a influência na carbonização. O objetivo principal da pesquisa foi analisar a resistência ao fogo de elementos de MLC, avaliando a influência da espécie de madeira, a influência da densidade, bem como os efeitos dos tratamentos preservantes. O programa experimental foi realizado no forno horizontal a gás instalado no Departamento de Engenhara das Estruturas - EESC/USP, com dimensões internas de 3m x 4m x 1,5m, e as análises numéricas foram implementadas no pacote computacional ABAQUS. O modelo numérico, com vistas ao monitoramento a deflexão no meio do vão e a avaliação da distribuição da temperatura ao longo da profundidade dos elementos, foram desenvolvidos e os resultados obtidos foram comparados com os dados obtidos por meio das análises experimentais. Métodos de cálculo propostos por diferentes autores e regulamentações internacionais foram aplicados para verificação das propostas de dimensionamento em situação de incêndio. A comparação dos resultados mostrou que a utilização dos métodos de dimensionamento (simplificado ou avançado) representa risco à segurança contra incêndio caso utilize valores para a taxa de carbonização das espécies nacionais determinados a partir dos métodos de cálculo ou normas internacionais. / Structural elements of Glued Laminated Timber (glulam) have long been used in North America and Europe, but their use is still restricted in Brazil for safety reasons, especially related to potential risks in face of fire. The present work investigated the thermal and mechanical behavior of structural elements of glulam exposed to fire standard ISO 834. The glued laminated timber was produced from two wood species (Eucalyptus and Pinus) without any treatments. However, elements treated with wood treatments like Copper Chrome Boron (MOQ® OX 50 -CCB-O) or fire retardant treatment (OSMOGUARD® FR100) were also used to investigate their influence on charring. The main objective of this study was to assess the fire resistance of the glulam elements, evaluating the influence of wood species and, consequently, the influence of density, as well as the effects of preservative treatment. The experimental program was carried out in a gas oven, with internal dimensions of 3m x 4m x 1.5m, and the numerical analyses were performed by ABAQUS. The numerical analyses aimed to monitor the deflection in the middle of the span as well as the temperature distribution along the depth of the elements. The results obtained from both the experimental and numerical analyses were compared. Calculation methods proposed by different authors and international regulations have been applied for verification of the proposed design in fire. A comparison of the results show that the use of calculation methods (simplified and advanced) represents a risk to fire safety in case of using the values of char rate for Brazilian wood species determined from the calculation methods.