A presente Tese de Mestrado foi elaborada com a finalidade de avaliar possíveis transformações de propriedades geotécnicas de solos plintíticos da Amazônia e sua utilização como material alternativo em estruturas de pavimentos, face à carência de materiais mais nobres na região.Na avaliação de laboratório foram empregadas as metodologias MCT, Resiliente, ensaios tradicionais de caracterização, compactação, análise mineralógica da fração-areia e os ensaios físico-químicos para determinação das características mineralógicas das frações silte e argila. Inicialmente, é apresentado um estudo sobre as características físicas e ambientais da região amazônica referente à geomorfologia, geologia, pedologia, clima e vegetação. Em seguida, são efetuados enfoques sobre as peculiaridades básicas dos solos plintíticos e as principais unidades de ocorrência. Objetivando acelerar e analisar a transformação dos solos plintíticos através de simulação em laboratório das condições existente no campo, foi criada uma Câmara de Ciclagem. Corpos de prova foram submetidos a ciclos de umidecimento e secagem no interior desta Câmara e que após dois, quatro e doze meses foram ensaiados. Paralelamente a criação da Câmara de Ciclagem, foi construído um trecho observacional executado com solos plintíticos, bem como a exposição ao meio ambiente desse mesmo material no estado revolvido, visando a avaliação de possíveis mudanças nas características desses solos.São apresentados, ainda, os resultados e as correlações obtidas nos ensaios básicos de caracterização e análises mineralógicas da fração-areia das amostras na condição natural e as submetidas a ciclos de umedecimento-secagem, após dois, quatro e doze meses. Apresenta-se, também, os resultados alcançados através do emprego das metodologias MCT e Resiliente. Finalmente, são efetuadas considerações sobre os resultados dos ensaios básicos de caracterização e análise mineralógica da fração-areia, que permetiram visualizar algumas peculiaridades básicas desses materiais, bem como, mudanças nas propriedades geotécnicas dos solos plintíticos, através das metodologias MCT e Resiliente.

O objetivo deste trabalho foi analisar o comportamento das propriedades mecânicas de resistência, de formação e modulo de elasticidade dos conjugados juta-epoxi e algodão-epoxi,comparando-os ao conjugado cimento-amianto. O propósito dessa comparação foi buscar materiais conjugados alternativos ao conjugado cimento, devido a alta toxidade apresentada pelas fibras de amianto, motivo pelo qual, e crescente a substituição desse material nos países do Primeiro Mundo. Foram estudadas as fibras naturais vegetais, pela grande extensão territorial de nosso Pais, pela facilidade de plantio tanto de algodão quanto da junta em nosso solo e pela facilidade de obtenção de suas fibras. Empregou-se a técnica de microscopia eletrônica de varredura para a analise das superfícies de fratura dos materiais ensaiados, obtendo-se um melhor entendimento no comportamento dos conjugados. Juntamente aos ensaios mecânicos realizados, foi feito um estudo comparativo das propriedades térmicas dos conjugados de fibras naturais através do ensaio de chama.

O objetivo deste estudo foi reunir uma metodologia capaz de obter e caracterizar substratos cerâmicos à base de alumina nacional e importada. No desenvolvimento do trabalho foram confeccionados corpos-de-prova (cps) por prensagem isostática a frio, de: i) alumina dopada com magnésia, códigos: AM-16 e AM-2011; ii) alumina dopada com magnésia, sílica e nióbia (códigos: A16-Nb4 e 2011-Nb4); e iii) alumina dopada com nióbia e talco (2011-ANTC e A16-ANTC). Os cps das seis composições foram caracterizados quanto as suas propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, massa específica, porosidades, características microestruturais por inspeção visual, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X e rugosidade superficial após usinagem. Os resultados obtidos foram avaliados e comparados com alguns substratos cerâmicos comerciais para filmes espessos e filmes finos catalogados na literatura pesquisada. Dentre as propriedades elétricas analisadas (resistividade superficial e volumétrica, constante dielétrica, fator de dissipação ou tangente-delta e rigidez dielétrica), duas mostraram-se efetivas na avaliação de impurezas contaminantes e características microestruturais, que foram a resistividade volumétrica e a rigidez dielétrica, respectivamente. A composição A16-Nb4 foi a que apresentou o melhor desempenho nas proprioedades ensaiadas, bem como os requisitos necessários para ser usada como substrato para circuito integrado de filme espesso. A vantagem da utilização do material como substrato está aliada a sua baixa temperatura de sintetização (1400C). O teor de contaminantes condutivos (principalmente a Na2O) provenientes da adição do talco nas composições ANTCs inviabilizou o uso das mesmas como substratos cerâmicos. Os cps preparados com a matéria-prima nacional apresentaram valores abaixo do limite mínimo recomendável em norma para serem usados como substrato cerâmico.

O uso de materiais compósitos, em especial os de fibra de carbono/resina epóxi, tem aumentado consideravelmente para aplicações estruturais na indústria aeronáutica. Um dos defeitos mais comuns ao processamento de compósitos refere-se à formação de vazios ou porosidade. A porosidade causa a redução das propriedades mecânicas e por isso, torna-se importante avaliar o comportamento do material na presença deste tipo de defeito. O presente trabalho propõe-se a caracterizar as propriedades mecânicas estáticas e em fadiga de um compósito de fibra de carbono/resina epóxi com volume de vazios entre 0,3 e 10%, utilizado na indústria aeronáutica. As propriedades em tração (influenciadas pela direção do reforço) e cisalhamento no plano (influenciadas pela matriz) foram escolhidas para o desenvolvimento do trabalho por apresentarem espectros distintos de propriedade. O critério de Mar-Lin foi utilizado na predição da resistência mecânica estática do compósito com volume de vazios superior ao volume crítico de vazios. Em fadiga, os compósitos foram avaliados quanto ao limite de deformação e por meio de ensaios de histerese. A metodologia experimental para identificação do limite de deformação envolveu a determinação da tensão residual após ensaio cíclico limitado até 120.000 ciclos, com frequência de 12 Hz e razão de tensão R=0,1, a diferentes níveis de deformação. O presente trabalho preconiza que o limite de deformação corresponde à deformação na qual a tensão residual se iguala à tensão de projeto (tensão reduzida estatisticamente ao valor de base B). Os ensaios de histerese foram realizados para mensurar o acúmulo de danos no material quando solicitado nas proximidades do limite de deformação. Os resultados mostram que a porosidade tem efeito deletério nas propriedades estáticas e de fadiga, principalmente em cisalhamento, em função do domínio da matriz. Por fim, os modelos propostos para predição do limite de deformação em tração e cisalhamento, elaborados a partir da junção de modelos para tensão residual, vida em fadiga (S-N) e o critério de Mar-Lin, são consistentes com os resultados experimentais.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade de realizar soldas autógenas entre os reforçadores longitudinais e o revestimento de uma aeronave utilizando laser a fibra de alta potência. O estabelecimento dessa técnica tem um potencial de aplicação muito elevado na indústria aeronáutica, por se tratar de um projeto exploratório voltado à junção de reforçadores longitudinais ao revestimento de aeronaves. No método tradicional de junção, os reforçadores são fixados ao revestimento utilizando-se rebites. Embora o processo seja bastante automatizado, tal método oferece pouco potencial para o aumento da velocidade de produção e/ou redução de peso das aeronaves. Realiza-se um amplo levantamento experimental utilizando chapas de alumínio estrutural 6013-T4 com espessura de 1,6 mm. Os principais parâmetros de influência sobre o processo são analisados, permitindo a construção de uma base de dados. Os resultados indicam que é possível o ajuste de tais parâmetros para a obtenção de cordões de solda de penetração com boas características dimensionais, geométricas e com poucos defeitos. Também é avaliado o comportamento mecânico do conjunto soldado. São realizados ensaios visando a obtenção da resistência à tração do reforçador em relação ao revestimento. São conduzidos ensaios adicionais com aplicação de uma carga ao revestimento, simulando a pressurização da fuselagem de uma aeronave. Os resultados mostram uma resistência mecânica do cordão de solda de até 280 MPa, valor próximo aos de referência do material de base, entre 275 e 325 MPa. Resultados ainda mais expressivos são observados em conjuntos submetidos ao tratamento térmico pós-soldagem, onde a resistência mecânica alcança 310 MPa, representando uma eficiência de junção acima de 95% indicando ao menos, a possibilidade de substituição do material de adição - geralmente introduzido ao processo de soldagem a laser - por tal técnica.

O presente trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4V submetida ao tratamento superficial de nitretação por laser. Os resultados apresentam uma microestrutura formada na nitretação por laser constituída de três regiões distintas: zona fundida pelo laser, zona afetada pelo calor e substrato não afetado da liga Ti-6Al-4V. A zona fundida pelo laser consiste de uma fina e contínua camada de TiN com um crescimento perpendicular de dendritas de TiN e TiN0,3 numa matriz martensítica ?';-Ti, sendo a martensita também a principal constituinte da zona afetada pelo calor. A dureza média aumentou de 340 HV, da liga sem tratamento, para até 1.100 HV, no topo da superfície do material nitretado por laser. Este aumento de dureza está relacionado à presença da fase TiN. A rugosidade média Ra aumentou de 0,46 m, quando sem tratamento, para 6,60 m, após nitretação por laser. A liga nitretada por laser foi submetida a ensaios de fluência nas condições de temperatura de 500C, 600C e 700C na faixa de tensão de 125 MPa a 520 MPa. São determinados os parâmetros e os mecanismos de fluência, podendo-se estabelecer uma análise comparativa com os resultados obtidos da mesma liga sem tratamento, em estudos anteriores. A liga nitretada por laser apresenta melhor comportamento em fluência em relação à liga não tratada, com redução na taxa de fluência secundária e aumento no tempo de vida por fluência. Os valores dos expoentes de tensão obtidos variam entre 6,46 e 7,54, para a liga nitretada, e entre 3,00 a 5,55, para a liga sem tratamento. Os valores de energia de ativação encontrados são de 261,1 kJ/mol para a liga nitretada, e 218,0 kJ/mol, para a liga sem tratamento. Com bases nesses valores pode-se sugerir que o mecanismo de fluência é controlado por escalagem de discordâncias para ambos os casos. As análises fractográficas indicam que o mecanismo predominante é caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades, com o mecanismo de fratura dúctil para ambos os casos, sendo que a liga sem tratamento apresenta-se mais dúctil que a liga tratada.

O aumento da utilização de compósitos em aplicações estruturais leva ao questionamento sobre a durabilidade desses materiais quando expostos às diversas condições impostas pela natureza. O uso em ambientes agressivos pode provocar a degradação de materiais poliméricos, assim como da interface fibra/matriz de compósitos, causada pela umidade, radiação ultravioleta (UV), choque térmico, etc. O objetivo deste trabalho é avaliar como o intemperismo, simulado em câmaras climáticas, afeta os desempenhos térmico e mecânico de compósitos de PEI/fibras de carbono. Para atingir este objetivo, neste trabalho, utilizou-se tanto a avaliação a partir da cinética de degradação, quanto diferentes condicionamentos ambientais. Desta forma, análises dinâmico-mecânicas (DMA), de cisalhamento interlaminar (ILSS) e ensaios não destrutivos foram realizados nos laminados antes e após serem submetidos aos condicionamentos higrotérmico, por radiação UV e por choque térmico. As amostras envelhecidas higrotermicamente sofreram reduções na temperatura de transição vítrea e no módulo elástico promovidas pela plasticização. A fotoxidação, induzida pela radiação ultravioleta, é apenas superficial. O choque térmico gera a formação de uma tensão reversível na região interfacial. Os resultados revelam que os compósitos de PEI/fibras de carbono podem ser utilizados em componentes externos de aeronaves.

Neste trabalho foi realizado um estudo numérico e experimental da resistência ao impacto de laminados compósitos carbono/epóxi quando sujeitos aos efeitos da curvatura e pressão interna simultaneamente. Este projeto pode ser dividido em três partes principais: (i) Desenvolvimento de modelos numéricos que permitam prever o comportamento de cascas laminadas internamente pressurizadas sujeitas a cargas de impacto; (ii) Projeto, fabricação e integração de um câmara de pressurização à torre de impacto em queda-livre disponível no Laboratório de Estruturas Aeroespaciais do ITA; e (iii) os ensaios de impacto com diferentes curvaturas e níveis de pressurização interna para validação dos modelos numéricos. Os modelos numéricos foram desenvolvidos utilizando o ABAQUS 6.10-1 no modo "Dynamic Explicit" sendo considerada a degradação do material e seus modos de falha através do uso de modelos constitutivos de dano. O carregamento de impacto no corpo de prova (CDP) foi aplicado utilizando uma torre de impacto em queda livre instrumentada e existente no Laboratório de Estruturas Aeroespaciais do ITA. A partir dos resultados experimentais os modelos numéricos foram validados. Com base nos resultados encontrados ficou clara a importância de se considerar modos de falha como delaminação e a pressurização interna para uma representação numérica qualitativa de estruturas aeronáuticas de material compósito sujeitas a carregamentos de impacto.

Componentes fabricados em ligas de titânio são ideais para sistemas complexos que exigem altos desempenho e confiabilidade devido à sua combinação de alta resistência específica e de resistência à corrosão. A liga Ti-6Al-4V é a mais importante liga de titânio e sua aplicação inclui desde a indústria aeroespacial até implantes cirúrgicos. Apesar dessas características atraentes, o uso de ligas de titânio é limitado pelo custo. O processamento de ligas por metalurgia do pó facilita a obtenção de peças com geometrias complexas e, provavelmente, com menor custo. O objetivo deste trabalho é investigar rotas de produção da liga Ti-6Al-4V por metalurgia do pó, baseado no estudo do desenvolvimento microestrutural e densificação, visando definir as melhores alternativas para sua elaboração. Foram produzidas amostras por quatro rotas, pela mistura de pós metálicos elementares (Rota 1), pós metálicos elementares de Al e V com pó de TiH2 (Rota 2), pó pré-ligado de Ti-6Al-4V hidrogenado (Rota 3) e pó pré-ligado de Ti-6Al-4V atomizado (Rota 4), seguida por prensagem uniaxial e isostática a frio com subseqüente densificação por sinterização entre 800-1400C, em alto vácuo (10-7 Torr). Foram caracterizadas amostras sinterizadas em termos de composição de fase, microestrutura e microdureza por difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e indentação Vickers, respectivamente. Análises de massa específica foram realizadas pelo método de Arquimedes. As propriedades mecânicas foram analisadas por ensaios de compressão. O comportamento de contração/expansão das amostras foi analisado por dilatometria. As análises realizadas indicam uma tendência à obtenção de melhores resultados em termos de densificação e desenvolvimento microestrutural com a utilização de pós pré-ligados que passaram por processo de hidrogenação.

O conceito do elemento distorcido tem sido adotado para construção de elementos especiais, que são utilizados no método convencional de elementos finitos, na análise elástica do fator de intensidade de tensão (FIT) para trincas. O uso desta técnica permite obter tensões e deformações singulares na ponta da trinca e conduz a razoáveis precisões. O elemento triangular e quadrilátero distorcido têm sido empregados junto com vários métodos de cálculo do FIT. Entre esses métodos inclui-se o cálculo da energia de Griffith, integral J, técnica da derivada da rigidez e da extrapolação do deslocamento. Neste trabalho considera-se a geometria de uma chapa retangular com duas trincas simétricas de borda. Para os diversos modelos elaborados os fatores de intensidade de tensão são avaliados para diferentes malhas usando vários métodos de cálculo. Finalmente, os resultados são comparados com dados de literatura para estimativa da precisão, a fim de prover diretrizes para o melhor método. Para estes casos é observado que o uso dos elementos distorcidos junto com o cálculo do fator K pelos métodos da extensão virtual da trinca fornecem, ainda, os resultados mais precisos, enquanto que o método de extrapolação do deslocamento, aplicado junto com o elemento triangular distorcido, é de fácil implementação e ainda permanece com razoável precisão.