Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Materiais naturais são aplicados com restrições na joalheria por serem facilmente degradados e alterarem suas características estéticas em função das condições do ambiente. O porongo é um fruto que possui forte ligação simbólica com a cultura gaúcha por ser utilizado como recipiente (cuia) para tomar o chimarrão. Na fabricação de cuias são utilizados cerca de 50% do fruto gerando um grande volume de resíduos no processo, passível de ser aplicado em produtos. Desse modo, a presente pesquisa objetiva estudar e aplicar métodos de tratamento para o porongo, a fim de viabilizar a utilização desse material natural no design de joias, visando manter sua integridade física e química. Nesse sentido, primeiramente, foi realizada a caracterização do porongo por meio de técnicas como microscopia eletrônica de varredura, microscopia estereoscópica, análise termogravimétrica e microtomografia computadorizada (Micro-CT). Além disso, foram estudadas técnicas de tratamento que visam à durabilidade, além de melhorar as propriedades físicas e mecânicas de outros materiais naturais como, por exemplo, a madeira. A partir da hipótese de que técnicas semelhantes poderiam obter sucesso se aplicadas ao porongo, devido às similaridades na composição e estrutura de ambos os materiais, foram selecionados e adaptados métodos de tratamento para o porongo. Os resultados de Micro-CT indicam que o porongo possui 54% de volume poroso, sendo que a grande maioria dos poros são conectados,configurando permeabilidade. Com isso, optou-se por impregnação polimérica como método de tratamento e foram ensaiadas três concentrações de soluções contendo: metilmetacrilato (MMA), metanol (MeOH) e peróxido de benzoíla (PBO), em três condições de impregnação: 30 min de vácuo + 30min de imersão, 30 min de vácuo + 24h de imersão e imersão simples. Os melhores resultados foram obtidos com 30 min de vácuo + 24h de imersão. Estatisticamente, as diferentes proporções de MMA/MeOH não influenciam nos níveis de impregnação. As amostras foram submetidas a ensaios de absorção de água para avaliar a impregnação, indicando que aquelas que continham mais material polimerizado, por consequência, absorveram menos água. Por fim, o porongo foi novamente analisado por microtomografia e teve sua porosidade reduzida de 54% para aproximadamente 39% indicando um método potencialmente eficiente para o tratamento do porongo, visando a aplicação no design de biojoias. / Natural materials are restrictivly applied on jewelry because they are easily degraded and change their aesthetic characteristics due to ambient conditions. The gourd is a fruit that has a symbolic link with the “gaúcho” culture because it is widely used as a container (“cuia”) to drink the “chimarrão”. In the manufacture process of “cuias” it is utilized about 50% of the fruit, generating a large volume of wastes, which can be applied in products of higher earned value. Thus, this research aims to study and implement methods for the gourd improvement to enable the use of this natural material in jewelry design, through improvements of its physical and chemical integrity, in order to valorize artifacts and customs of the “gaúcho” culture. Accordingly, first the gourd characterization is performed through techniques such as scanning electron microscopy, stereoscopic microscopy, thermal analysis and computed microtomography. Moreover, in the present research will be studied treatment techniques that seeks to prolong durability and improve the physical-mechanical properties of other natural materials, such as polymer impregnation of wood. Probably, this technique can be successfully applied to gourd due to similarities in the composition and structure of both materials. Based on the theoretical approach developed, improvement methods to the gourd will be selected and adapted. Furthermore, it will be presented some preliminary results of impregnation. The present research also foresees the design biojewels collection using gourd treated. From the hypothesis that similar techniques could be applied to succeed gourd, due to similarities in the composition and structure of both materials, methods of improvement to the gourd were selected and adapted. The Micro-CT results indicate that the gourd has 54% of porous volume, whereas the great majority of the pores are connected by configuring permeability. Thus, it was decided by impregnation polymer as a method of improvement and were tested three concentrations of solutions containing: methyl methacrylate (MMA), methanol (MeOH) and benzoyl peroxide (PBO) in three conditions impregnation: 30 min vacuum + 30min immersion, 30min vacuum + 30 min 24h of immersion and immersion simple. The best results were obtained at 30 minutes + vacuum 24h of immersion. Statistically, different proportions of MMA/MeOH do not influence the levels of impregnation. The samples were tested for water absorption to evaluate the impregnation, indicating that those containing more polymerized material, therefore, absorbed less water. Finally, the gourd was again analyzed by microtomography and its porosity was reduced from 54% to approximately 39% indicating a method for improvement of potentially efficient gourd.

Materiais naturais são aplicados com restrições na joalheria por serem facilmente degradados e alterarem suas características estéticas em função das condições do ambiente. O porongo é um fruto que possui forte ligação simbólica com a cultura gaúcha por ser utilizado como recipiente (cuia) para tomar o chimarrão. Na fabricação de cuias são utilizados cerca de 50% do fruto gerando um grande volume de resíduos no processo, passível de ser aplicado em produtos. Desse modo, a presente pesquisa objetiva estudar e aplicar métodos de tratamento para o porongo, a fim de viabilizar a utilização desse material natural no design de joias, visando manter sua integridade física e química. Nesse sentido, primeiramente, foi realizada a caracterização do porongo por meio de técnicas como microscopia eletrônica de varredura, microscopia estereoscópica, análise termogravimétrica e microtomografia computadorizada (Micro-CT). Além disso, foram estudadas técnicas de tratamento que visam à durabilidade, além de melhorar as propriedades físicas e mecânicas de outros materiais naturais como, por exemplo, a madeira. A partir da hipótese de que técnicas semelhantes poderiam obter sucesso se aplicadas ao porongo, devido às similaridades na composição e estrutura de ambos os materiais, foram selecionados e adaptados métodos de tratamento para o porongo. Os resultados de Micro-CT indicam que o porongo possui 54% de volume poroso, sendo que a grande maioria dos poros são conectados,configurando permeabilidade. Com isso, optou-se por impregnação polimérica como método de tratamento e foram ensaiadas três concentrações de soluções contendo: metilmetacrilato (MMA), metanol (MeOH) e peróxido de benzoíla (PBO), em três condições de impregnação: 30 min de vácuo + 30min de imersão, 30 min de vácuo + 24h de imersão e imersão simples. Os melhores resultados foram obtidos com 30 min de vácuo + 24h de imersão. Estatisticamente, as diferentes proporções de MMA/MeOH não influenciam nos níveis de impregnação. As amostras foram submetidas a ensaios de absorção de água para avaliar a impregnação, indicando que aquelas que continham mais material polimerizado, por consequência, absorveram menos água. Por fim, o porongo foi novamente analisado por microtomografia e teve sua porosidade reduzida de 54% para aproximadamente 39% indicando um método potencialmente eficiente para o tratamento do porongo, visando a aplicação no design de biojoias. / Natural materials are restrictivly applied on jewelry because they are easily degraded and change their aesthetic characteristics due to ambient conditions. The gourd is a fruit that has a symbolic link with the “gaúcho” culture because it is widely used as a container (“cuia”) to drink the “chimarrão”. In the manufacture process of “cuias” it is utilized about 50% of the fruit, generating a large volume of wastes, which can be applied in products of higher earned value. Thus, this research aims to study and implement methods for the gourd improvement to enable the use of this natural material in jewelry design, through improvements of its physical and chemical integrity, in order to valorize artifacts and customs of the “gaúcho” culture. Accordingly, first the gourd characterization is performed through techniques such as scanning electron microscopy, stereoscopic microscopy, thermal analysis and computed microtomography. Moreover, in the present research will be studied treatment techniques that seeks to prolong durability and improve the physical-mechanical properties of other natural materials, such as polymer impregnation of wood. Probably, this technique can be successfully applied to gourd due to similarities in the composition and structure of both materials. Based on the theoretical approach developed, improvement methods to the gourd will be selected and adapted. Furthermore, it will be presented some preliminary results of impregnation. The present research also foresees the design biojewels collection using gourd treated. From the hypothesis that similar techniques could be applied to succeed gourd, due to similarities in the composition and structure of both materials, methods of improvement to the gourd were selected and adapted. The Micro-CT results indicate that the gourd has 54% of porous volume, whereas the great majority of the pores are connected by configuring permeability. Thus, it was decided by impregnation polymer as a method of improvement and were tested three concentrations of solutions containing: methyl methacrylate (MMA), methanol (MeOH) and benzoyl peroxide (PBO) in three conditions impregnation: 30 min vacuum + 30min immersion, 30min vacuum + 30 min 24h of immersion and immersion simple. The best results were obtained at 30 minutes + vacuum 24h of immersion. Statistically, different proportions of MMA/MeOH do not influence the levels of impregnation. The samples were tested for water absorption to evaluate the impregnation, indicating that those containing more polymerized material, therefore, absorbed less water. Finally, the gourd was again analyzed by microtomography and its porosity was reduced from 54% to approximately 39% indicating a method for improvement of potentially efficient gourd.

Materiais naturais são aplicados com restrições na joalheria por serem facilmente degradados e alterarem suas características estéticas em função das condições do ambiente. O porongo é um fruto que possui forte ligação simbólica com a cultura gaúcha por ser utilizado como recipiente (cuia) para tomar o chimarrão. Na fabricação de cuias são utilizados cerca de 50% do fruto gerando um grande volume de resíduos no processo, passível de ser aplicado em produtos. Desse modo, a presente pesquisa objetiva estudar e aplicar métodos de tratamento para o porongo, a fim de viabilizar a utilização desse material natural no design de joias, visando manter sua integridade física e química. Nesse sentido, primeiramente, foi realizada a caracterização do porongo por meio de técnicas como microscopia eletrônica de varredura, microscopia estereoscópica, análise termogravimétrica e microtomografia computadorizada (Micro-CT). Além disso, foram estudadas técnicas de tratamento que visam à durabilidade, além de melhorar as propriedades físicas e mecânicas de outros materiais naturais como, por exemplo, a madeira. A partir da hipótese de que técnicas semelhantes poderiam obter sucesso se aplicadas ao porongo, devido às similaridades na composição e estrutura de ambos os materiais, foram selecionados e adaptados métodos de tratamento para o porongo. Os resultados de Micro-CT indicam que o porongo possui 54% de volume poroso, sendo que a grande maioria dos poros são conectados,configurando permeabilidade. Com isso, optou-se por impregnação polimérica como método de tratamento e foram ensaiadas três concentrações de soluções contendo: metilmetacrilato (MMA), metanol (MeOH) e peróxido de benzoíla (PBO), em três condições de impregnação: 30 min de vácuo + 30min de imersão, 30 min de vácuo + 24h de imersão e imersão simples. Os melhores resultados foram obtidos com 30 min de vácuo + 24h de imersão. Estatisticamente, as diferentes proporções de MMA/MeOH não influenciam nos níveis de impregnação. As amostras foram submetidas a ensaios de absorção de água para avaliar a impregnação, indicando que aquelas que continham mais material polimerizado, por consequência, absorveram menos água. Por fim, o porongo foi novamente analisado por microtomografia e teve sua porosidade reduzida de 54% para aproximadamente 39% indicando um método potencialmente eficiente para o tratamento do porongo, visando a aplicação no design de biojoias. / Natural materials are restrictivly applied on jewelry because they are easily degraded and change their aesthetic characteristics due to ambient conditions. The gourd is a fruit that has a symbolic link with the “gaúcho” culture because it is widely used as a container (“cuia”) to drink the “chimarrão”. In the manufacture process of “cuias” it is utilized about 50% of the fruit, generating a large volume of wastes, which can be applied in products of higher earned value. Thus, this research aims to study and implement methods for the gourd improvement to enable the use of this natural material in jewelry design, through improvements of its physical and chemical integrity, in order to valorize artifacts and customs of the “gaúcho” culture. Accordingly, first the gourd characterization is performed through techniques such as scanning electron microscopy, stereoscopic microscopy, thermal analysis and computed microtomography. Moreover, in the present research will be studied treatment techniques that seeks to prolong durability and improve the physical-mechanical properties of other natural materials, such as polymer impregnation of wood. Probably, this technique can be successfully applied to gourd due to similarities in the composition and structure of both materials. Based on the theoretical approach developed, improvement methods to the gourd will be selected and adapted. Furthermore, it will be presented some preliminary results of impregnation. The present research also foresees the design biojewels collection using gourd treated. From the hypothesis that similar techniques could be applied to succeed gourd, due to similarities in the composition and structure of both materials, methods of improvement to the gourd were selected and adapted. The Micro-CT results indicate that the gourd has 54% of porous volume, whereas the great majority of the pores are connected by configuring permeability. Thus, it was decided by impregnation polymer as a method of improvement and were tested three concentrations of solutions containing: methyl methacrylate (MMA), methanol (MeOH) and benzoyl peroxide (PBO) in three conditions impregnation: 30 min vacuum + 30min immersion, 30min vacuum + 30 min 24h of immersion and immersion simple. The best results were obtained at 30 minutes + vacuum 24h of immersion. Statistically, different proportions of MMA/MeOH do not influence the levels of impregnation. The samples were tested for water absorption to evaluate the impregnation, indicating that those containing more polymerized material, therefore, absorbed less water. Finally, the gourd was again analyzed by microtomography and its porosity was reduced from 54% to approximately 39% indicating a method for improvement of potentially efficient gourd.

Este trabalho tem por objetivo o design e a fabricação de superfícies tácteis a partir de padrões modulares encaixáveis. Estas superfícies foram construídas em diferentes materiais naturais (minerais e madeiras) e em distintos processos de fabricação inovadores (usinagem por jato de água, usinagem por controle numérico computadorizado ou CNC e corte a laser). A intenção foi desenvolver uma metodologia de design & tecnologia para aplicá-la em painéis de revestimento que possam ser produzidos em baixa escala de forma semi-industrial. A grande variedade de materiais naturais encontrados no estado do Rio Grande do Sul; a carência de design associado a estes materiais quando do produto final e o volume de rejeitos oriundos deste beneficiamento, foram os principais motivadores para a utilização destas matérias primas. O estudo de diferentes técnicas de design de superfície auxilia na transformação destes materiais, para que os mesmos passem a ter o formato de módulo. Dentro deste contexto, foram estudadas as técnicas desenvolvidas pelo artista Maurits Cornelis Escher. Ele dedicou boa parte de sua vida profissional à composição de desenhos que, justamente, partem da utilização da simetria, modularidade, continuidade e encaixe. Neste sentido, após a compreensão das técnicas utilizadas por Escher, alguns de seus desenhos foram aplicados nos materiais selecionados através dos processos de fabricação adequados, possibilitando a construção das diferentes superfícies tácteis. Os resultados obtidos identificam que a utilização de processos de fabricação inovadores para interferência nos materiais naturais são ferramentas importantes para a promoção de uma nova geração de produtos locais. Conclui-se que estas interferências viabilizam a fabricação de produtos com maior valor estético, social e econômico. / This work aims at the design and the manufacturing of tactile surfaces from modular plug patterns. These surfaces were built in different natural materials (mineral and wood) and in distinct innovative manufacturing processes (waterjet machining, computerized numerical control machining or CNC and laser cutting). The objective was to develop a design & technology methodology for applying it in coating panels that can be produced on a semiindustrial small scale. The huge variety of natural materials found in Rio Grande do Sul State, the lack of design associated to these materials as to the final product and the volume of waste from this processing were the main motivators for the use of these raw materials. The study of these different techniques of surface design helps the transformation of these materials in order that they start to have the modular format. Within this context, the techniques developed by the artist Maurits Cornelis Escher were studied. He devoted much of his professional life to the composition of drawings beginning exactly with the use of symmetry, modularity continuity and joint. In this sense, after understanding the techniques used by Escher, some of his drawings were applied in the materials selected through suitable manufacturing processes, enabling the construction of different tactile surfaces. The results obtained identify that the utilization of innovative manufacturing processes to interfere in the natural materials are important tools for the promotion of a new generation of local products. It is conclude that these interferences enable the manufacture of products with greater aesthetic, social and economic value.

Este trabalho tem por objetivo o design e a fabricação de superfícies tácteis a partir de padrões modulares encaixáveis. Estas superfícies foram construídas em diferentes materiais naturais (minerais e madeiras) e em distintos processos de fabricação inovadores (usinagem por jato de água, usinagem por controle numérico computadorizado ou CNC e corte a laser). A intenção foi desenvolver uma metodologia de design & tecnologia para aplicá-la em painéis de revestimento que possam ser produzidos em baixa escala de forma semi-industrial. A grande variedade de materiais naturais encontrados no estado do Rio Grande do Sul; a carência de design associado a estes materiais quando do produto final e o volume de rejeitos oriundos deste beneficiamento, foram os principais motivadores para a utilização destas matérias primas. O estudo de diferentes técnicas de design de superfície auxilia na transformação destes materiais, para que os mesmos passem a ter o formato de módulo. Dentro deste contexto, foram estudadas as técnicas desenvolvidas pelo artista Maurits Cornelis Escher. Ele dedicou boa parte de sua vida profissional à composição de desenhos que, justamente, partem da utilização da simetria, modularidade, continuidade e encaixe. Neste sentido, após a compreensão das técnicas utilizadas por Escher, alguns de seus desenhos foram aplicados nos materiais selecionados através dos processos de fabricação adequados, possibilitando a construção das diferentes superfícies tácteis. Os resultados obtidos identificam que a utilização de processos de fabricação inovadores para interferência nos materiais naturais são ferramentas importantes para a promoção de uma nova geração de produtos locais. Conclui-se que estas interferências viabilizam a fabricação de produtos com maior valor estético, social e econômico. / This work aims at the design and the manufacturing of tactile surfaces from modular plug patterns. These surfaces were built in different natural materials (mineral and wood) and in distinct innovative manufacturing processes (waterjet machining, computerized numerical control machining or CNC and laser cutting). The objective was to develop a design & technology methodology for applying it in coating panels that can be produced on a semiindustrial small scale. The huge variety of natural materials found in Rio Grande do Sul State, the lack of design associated to these materials as to the final product and the volume of waste from this processing were the main motivators for the use of these raw materials. The study of these different techniques of surface design helps the transformation of these materials in order that they start to have the modular format. Within this context, the techniques developed by the artist Maurits Cornelis Escher were studied. He devoted much of his professional life to the composition of drawings beginning exactly with the use of symmetry, modularity continuity and joint. In this sense, after understanding the techniques used by Escher, some of his drawings were applied in the materials selected through suitable manufacturing processes, enabling the construction of different tactile surfaces. The results obtained identify that the utilization of innovative manufacturing processes to interfere in the natural materials are important tools for the promotion of a new generation of local products. It is conclude that these interferences enable the manufacture of products with greater aesthetic, social and economic value.

Este trabalho tem por objetivo o design e a fabricação de superfícies tácteis a partir de padrões modulares encaixáveis. Estas superfícies foram construídas em diferentes materiais naturais (minerais e madeiras) e em distintos processos de fabricação inovadores (usinagem por jato de água, usinagem por controle numérico computadorizado ou CNC e corte a laser). A intenção foi desenvolver uma metodologia de design & tecnologia para aplicá-la em painéis de revestimento que possam ser produzidos em baixa escala de forma semi-industrial. A grande variedade de materiais naturais encontrados no estado do Rio Grande do Sul; a carência de design associado a estes materiais quando do produto final e o volume de rejeitos oriundos deste beneficiamento, foram os principais motivadores para a utilização destas matérias primas. O estudo de diferentes técnicas de design de superfície auxilia na transformação destes materiais, para que os mesmos passem a ter o formato de módulo. Dentro deste contexto, foram estudadas as técnicas desenvolvidas pelo artista Maurits Cornelis Escher. Ele dedicou boa parte de sua vida profissional à composição de desenhos que, justamente, partem da utilização da simetria, modularidade, continuidade e encaixe. Neste sentido, após a compreensão das técnicas utilizadas por Escher, alguns de seus desenhos foram aplicados nos materiais selecionados através dos processos de fabricação adequados, possibilitando a construção das diferentes superfícies tácteis. Os resultados obtidos identificam que a utilização de processos de fabricação inovadores para interferência nos materiais naturais são ferramentas importantes para a promoção de uma nova geração de produtos locais. Conclui-se que estas interferências viabilizam a fabricação de produtos com maior valor estético, social e econômico. / This work aims at the design and the manufacturing of tactile surfaces from modular plug patterns. These surfaces were built in different natural materials (mineral and wood) and in distinct innovative manufacturing processes (waterjet machining, computerized numerical control machining or CNC and laser cutting). The objective was to develop a design & technology methodology for applying it in coating panels that can be produced on a semiindustrial small scale. The huge variety of natural materials found in Rio Grande do Sul State, the lack of design associated to these materials as to the final product and the volume of waste from this processing were the main motivators for the use of these raw materials. The study of these different techniques of surface design helps the transformation of these materials in order that they start to have the modular format. Within this context, the techniques developed by the artist Maurits Cornelis Escher were studied. He devoted much of his professional life to the composition of drawings beginning exactly with the use of symmetry, modularity continuity and joint. In this sense, after understanding the techniques used by Escher, some of his drawings were applied in the materials selected through suitable manufacturing processes, enabling the construction of different tactile surfaces. The results obtained identify that the utilization of innovative manufacturing processes to interfere in the natural materials are important tools for the promotion of a new generation of local products. It is conclude that these interferences enable the manufacture of products with greater aesthetic, social and economic value.