Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / O cimento Portland, largamente utilizado na construção civil no Brasil é um grande gerador de poluentes. Sua produção consome 2% de toda a energia global, e é responsável por 5% da emissão de dióxido de carbono (CO2) de todo o mundo. Essas emissões contribuem em grande parte para o aumento do efeito estufa. Nos últimos anos, o rápido crescimento em pesquisas e desenvolvimento de materiais a base de geopolímeros, indica que o uso de geopolímero mostra um caminho para a redução do impacto ambiental na comparação deste material com o cimento Portland , visto que a produção deste material geopolimérico demanda de menor energia e emite menor quantidade de agentes poluentes ao meio ambiente. Este trabalho apresenta o metacaulim, como uma alternativa de aglomerante em substituição ao cimento Portland para a utilização em elementos estruturais de concreto armado. O resultado obtido mostra que este aglomerante apresenta características de resistência muito semelhantes ao cimento Portland quando em sua substituição. Como resultados complementares, esta pesquisa testou a adição de macrofibras nas concentrações de 10 kg/m³, 20 kg/m³, 30 kg/m³ no intuito de incrementar a resistência. Quando adicionadas macrofibras de aço no concreto geopolimérico, a resistência a tração apresentou incremento significativo quando utilizadas na quantidade de 30Kg/m3. Quanto a tenacidade, todas as amostras apresentaram maiores valores, confirmando que as fibras formam uma rede de sustentação as peças após o rompimento. De modo geral, pode-se concluir que o aglomerante Metacaulim pode ser um concorrente ao cimento Portland, carecendo ainda de estudos e normas para viabilizar a sua aplicação direta. A adição de fibras de aço neste material também apresenta-se como uma alternativa no ganho de tenacidade e resistência a tração.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2428.pdf: 6914695 bytes, checksum: dcfbcf149510425af36b572daf84a14b (MD5) Previous issue date: 2009-05-15 / Universidade Federal de Sao Carlos / The purpose of this study was to examine the major environmental concern for the large volume of toxic wastes generated by industries of tanneries and the search for a technological solution for the treatment of this waste. The attempt to tie the chromium ion present on residue, shave chrome leather, was used in three steps. In the first step, solutions were prepared with different pHs (acidic, neutral, and basic) and concentrations of residue, obtaining the solution called waste treated . In the second stage, cement pastes were obtained by mixture of the cement Portland, water, and addition of different proportions of waste treated (5 and 10% on the mass of cement). Normal test of consistency, workability, and the set time were applied on these pastes in its fresh state. Also, the pHs of the paste were evaluated to verify the influence of it on setting time. Finally, in the third stage, samples were prepared using mortar and after 28 days were physically characterized and tested for axial compressive strength. The most promising compositions were subjected for the structural characterization for analysis of the phases formed (DRX) and the microstructure (MEV / EDS). The results show that the reagents used for the pre-treatment of the residue are effective, but it causes some decrease of the mechanical strength of the mortar. The pHs of the waste treated do not modify that much on characteristic of the paste and mortar on the fresh and hardened state. It is expected that these results will contribute a solution to an environmental problem of a very important sector for Brazilian companies, which is industries of tannery for the production of leather. / A crescente preocupação com o meio ambiente em relação ao grande volume de resíduos tóxicos que são gerados pelas indústrias de curtumes e a busca por uma solução tecnológica para o tratamento destes resíduos são objetos deste estudo. O resíduo (serragem cromada ou raspa de couro) passou, durante a execução deste projeto por um tratamento químico, na tentativa de imobilização do íon cromo presente em uma matriz de cimento Portland. Na primeira etapa, foram preparadas soluções com diferentes pHs (ácido, neutro e básico), bem como concentrações de resíduo distintas para estes três meios, obtendo-se, assim, as soluções denominadas resíduo tratado . Numa segunda etapa, pastas cimentícias foram obtidas por meio da mistura do cimento Portland composto, água e adições de diferentes proporções de soluções de resíduo tratado (5 e 10% em relação à massa do cimento). Foi medido o pH das pastas no seu estado fresco e submetidas ao ensaio de consistência normal (trabalhabilidade) e de tempo de pega. Por fim, em uma terceira etapa, corpos-de-prova foram confeccionados utilizando-se argamassas, ou seja, misturas dos elementos que formam as pastas juntamente com o agregado fino (areia). Estes corpos-de-prova foram submetidos, após a idade de 28 dias, à caracterização física e ao ensaio de resistência mecânica à compressão axial. Para as composições mais promissoras foram realizados ensaios de caracterização estrutural, utilizandose as técnicas de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura (MEV) em conjunto com espectroscopia dispersiva de energia por raios X (EDS). Os resultados mostraram que os meios utilizados para o pré-tratamento do resíduo foram eficientes para a dissolução do material, mas interferem na resistência mecânica das argamassas. Os pHs das soluções químicas de resíduo tratado não influenciaram significativamente nas características das pastas e argamassas no estado fresco e endurecido. Dessa forma, esperou-se contribuir, de maneira científica e tecnológica, para um problema ambiental de um setor extremamente importante para o Brasil, que é a indústria de curtume para a produção de couro.

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-10-11T17:37:07Z No. of bitstreams: 1 DissES.pdf: 5707212 bytes, checksum: 73d9fa94bc24928be2706dce9d1155ea (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-21T12:16:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissES.pdf: 5707212 bytes, checksum: 73d9fa94bc24928be2706dce9d1155ea (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-21T12:16:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissES.pdf: 5707212 bytes, checksum: 73d9fa94bc24928be2706dce9d1155ea (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-21T12:16:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissES.pdf: 5707212 bytes, checksum: 73d9fa94bc24928be2706dce9d1155ea (MD5) Previous issue date: 2016-03-07 / Não recebi financiamento / The discovery of new promising oil extraction sites in Brazil coast led to a great search for novel functionalized materials to withstand the demanding conditions from offshore oil exploitation. Stainless steels, such as duplex, superduplex and supermartensitc grades, are well established materials for applications in which a good balance of cost, mechanical strength and corrosion resistance is required. However, depending on the environment and working conditions, for instance in the risers (which connect the well head on the sea floor to the platform), stainless steels might present unfavorable wear resistance. Consequently, there are coating processes that can deposit thicker layers of wear resistant materials (also called hardfacing) used for applications in which wear conditions are demanding. Also, recent studies conducted in DEMa/UFSCar showed that boron addition in stainless steels composition led to the formation of borides which increased wear resistance. In this work, the microstructure and wear resistance of boron-modified stainless steels coatings, namely superduplex and supermartensitic with different boron additions, produced by Plasma Transferred Arc (PTA) were investigated. This welding process allows the deposition of thick and dense coatings with metallurgical bonding and very low dilution. Microstructural characterization revealed that the coatings were dendritic in all cases, however the amount of borides formed was significantly different. The wear resistance was evaluated by dry sand/rubber wheel and reciprocating pin-on-plate tests. The results showed different wear resistance depending on wear mechanism involved. Although, in both tests, the wear resistance presented by the boron-modified superduplex coating was far superior. The formation of hard borides and its higher phase fraction in the microstructure were responsible for the good wear performance. / A descoberta de novos campos de exploração de petróleo na costa do Brasil, como o pré-sal, levou a uma grande busca por materiais capazes de suportar as condições severas de resistência mecânica, desgaste e corrosão a fim de que a extração seja feita de maneira segura e confiável. Os aços inoxidáveis, como o duplex, superduplex e supermartensítico, são materiais já bem estabelecidos para aplicações nas quais seja necessário um bom balanço entre custo, resistência mecânica e à corrosão. Entretanto, dependendo do ambiente e das condições de trabalho, os aços inoxidáveis podem apresentar uma resistência ao desgaste desfavorável. Por conseguinte, existem processos de revestimento capazes de depositar camadas espessas de materiais resistentes ao desgaste (hardfacing) utilizados quando o desgaste severo é parte das condições de trabalho. Ainda, estudos recentes conduzidos no DEMa/UFSCar mostraram que a adição de boro à composição química dos aços inoxidáveis leva à formação de boretos que melhoram a resistência ao desgaste. Neste trabalho, foram investigadas a microestrutura e a resistência ao desgaste dos revestimentos de aço inoxidável (supermartensítico e superduplex), modificados com diferentes quantidades de boro, depositados pela técnica de Plasma com Arco Transferido (PTA). Este processo permite a fabricação de depósitos espessos e densos, com ligação metalúrgica com o substrato e baixa diluição. A caracterização microestrutural revelou que os revestimentos possuem estrutura de solidificação dendrítica em todos os casos; contudo, a quantidade de boretos formada foi significativamente diferente. A resistência ao desgaste foi avaliada através dos ensaios de areia seca contra roda de borracha e pino-sobre- placa com movimento recíproco. Os resultados demonstraram diferentes resistências dependendo do mecanismo de desgaste envolvido. Contudo, em ambos os testes, o revestimento de aço inoxidável superduplex modificado com boro apresentou a menor perda volumétrica. A formação de boretos duros e sua elevada fração na microestrutura foram os fatores responsáveis pelo seu desempenho muito superior.

Na Odontologia, ao se confeccionar peças restauradoras dentárias, pela técnica indireta, o processo mais rotineiramente empregado utiliza um modelo de gesso, obtido a partir de um molde de elastômero, tomado de um dente preparado. Vários fatores podem influenciar na boa precisão de ajustes destas peças como o escoamento do material de vazamento dentro da moldagem, a compatibilidade do material de vazamento com o da moldagem, o tempo de presa, a estabilidade dimensional, a resistência mecânica do material quando da separação moldagem/modelo, a resistência a abrasão e a fidelidade de reprodução de detalhes. Materiais foram introduzidos na odontologia para utilização na confecção de troquéis no intuito de minimizar as desvantagens do gesso, como baixa resistência a abrasão e ligeira expansão de presa. Dentre eles os troquéis metalizados e as resinas epóxicas, que tem vantagens em relação às propriedades mecânicas, porém o primeiro exige técnica demorada e de alto custo e o segundo apresenta contração. O presente trabalho se propõe a testar uma nova composição de poliéster insaturado com estireno adicionado ao carbonato de cálcio em diferentes proporções (10, 20, 30, 40, 50, 60 e 70%) e compará-la ao gesso tipo IV e a resina epoxídica com óxido de alumínio, através de ensaios mecânicos, de abrasão e de alteração dimensional, para avaliar a possibilidade de sua utilização como material de confecção de troquéis para a construção de restaurações indiretas. Para caracterização dos materiais foram feitas análises de espectrometria no infravermelho, Calorimetria de varredura diferencial, termogravimétrica e Microscopia eletrônica de varredura. O compósito a base de poliéster insaturado com 50% de carbonato de cálcio se mostrou viável para utilização como material para troquel. Quando comparado aos materiais de controle mostrou propriedades mecânicas próximas as da resina epoxídica e bem superiores ao gesso, resistência a abrasão superior ao gesso e inferior a resina epoxídica e alteração dimensional próxima a resina epoxídica e maior ao gesso. Sendo a formulação do poliéster/carbonato de cálcio apenas constituída de polímero, catalisador e carga, é possível melhorar a formulação modificando a carga e/ou acrescentando aditivos visando minimizar a contração de polimerização. / In dentistry, the most commonly used procedure to manufacture indirect dental restorations uses a cast of type IV stone. This cast is made from an elastomeric impression of a prepared tooth. Many factors may influence the accuracy of adaptation of these restorations, such as the flow of the pouring material into the mold, the compatibility between the pouring and the impression materials, the setting time, the dimensional stability, the mechanical strength of the material during the mold / cast separation, the abrasion resistance and fidelity to reproduce details. Materials were introduced for preparing dies in order to minimize the disadvantages of the stone, such as its low resistance to abrasion and slight expansion of setting. These materials include metal-plated dies and epoxy resins, which have advantages concerning mechanical properties. However, the first one has a time-consuming technique and requires high costs while the second material shows shrinkage. This study tested a new composition of unsaturated polyester with styrene added to calcium carbonate in different proportions (10, 20, 30, 40, 50, 60 and 70%) and compared it to the type IV stone and to the epoxy resin with aluminum oxide. This comparison was made by mechanical, abrasion and dimensional changes tests in order to evaluate the possibility of using it as material for dies in the process of construction of indirect restorations. The materials were characterized using the analysis of the infrared spectrometry, differential scanning calorimetry, thermogravimetric and scanning electron microscopy. The composite based on unsaturated polyester with 50% calcium carbonate (P5) was considered viable as material for dies. When it was compared to the control materials the following results were found: a) the mechanical properties of P5 are similar to those ones of the epoxy resin and well above the stone ones; b) the abrasion resistance of this new material is lower in relation to the epoxy resin, but higher than the stone one; c) the values for dimensional changes were similar to the epoxy resin ones and superior to those ones found in stone. As the formulation of polyester / calcium carbonate only consists of a polymer, a catalyst and filler particles, it is possible to improve its composition by modifying the filler particles and / or adding additives to minimize the shrinkage of polymerization.

Os aços Hardox possuem microestrutura de martensita revenida e são caracterizados pelas elevadas dureza e resistência à tração, sendo empregados em situações que requerem alta resistência ao desgaste. Entretanto, os processos de soldagem alteram significativamente a sua microestrutura e propriedades. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a resistência ao desgaste de juntas soldadas de um aço Hardox 500 produzidas através do processo MAG convencional e, juntamente, com o Hardox sem soldagem (metal base), para comparação. A soldagem ocorreu utilizando dois consumíveis, um recomendado pela empresa fabricante do aço, o AWS ER80S-G, e outro de maior resistência mecânica, o consumível AWS ER120SG. As propriedades mecânicas das juntas soldadas foram avaliadas através de perfis de microdureza, ensaios de tração e dobramento. Ainda, foi realizada uma análise da superfície de fratura dos corpos de prova do ensaio de tração, em microscópio eletrônico de varredura. Foram executados ensaios de desgaste por um abrasômetro do tipo roda de borracha. Análises através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura foram utilizadas para verificar os mecanismos de desgaste nas superfícies submetidas à abrasão Nos ensaios de dobramento, constatou-se que a condição soldada com o arame de menor resistência apresentou maior ductilidade. Verificou-se, também, que com a soldagem houve uma diminuição da resistência mecânica das juntas em comparação ao metal sem soldagem. Em relação aos ensaios de desgaste, com o uso do arame de maior resistência foi atingido um melhor desempenho no desgaste abrasivo em comparação ao de menor resistência, pois as taxas de desgaste foram de 0,058 e 0,083 mm³/m, respectivamente, mas o comportamento foi ainda inferior ao exibido pelo aço Hardox 500 sem soldagem, que apresentou uma taxa de desgaste de 0,031 mm³/m. Constatou-se, também, que os mecanismos de desgaste foram dúcteis em todas as condições estudadas, pois as superfícies desgastadas mostravam predominantemente micro sulcamento e regiões com micro fadiga; essa última parece ter aumentado de tamanho à medida que a dureza do material testado aumentava. / The Hardox steels have a martensite microstructure and are characterized by high hardness and tensile strength. This steel has been used in situations that require high resistance to wear. However, the welding processes significantly alter their microstructures and properties. Thus, the purpose of this study was to evaluate the wear resistance of welded joints of Hardox 500 steel produced by the conventional MAG process and with Hardox without welding (base metal), for comparison. The welding took place using two consumables, one recommended by the steel manufacturer, the AWS ER80S-G and another with higher resistance, the consumable AWS ER120S-G. The mechanical properties of welded joints were evaluated through micro hardness profiles, tensile and bending tests. In addition an analysis of the fracture surface of the tensile test specimen was carried out by scanning electron microscopy. Wear tests were performed by a rubber wheel type abrasometer. Analyses by optical microscopy and scanning electron microscopy were used to verify the mechanisms of wear on surfaces subjected to abrasion In the bending tests, it was verified that the welded condition with the filler metal of lower resistance presented greater ductility. It was also verified that with the welding, there was a decrease in the mechanical strength of the joints in comparison with the base metal. In relation to the wear tests, with the use of the higher strength wire, a better performance was obtained when compared to the lower one, since the wear rates were 0.058 and 0.083 mm³/m respectively, but the behavior was lower in the Hardox 500 steel without welding, which presented a wear rate of 0.031 mm³/m. It was also observed that the wear mechanisms were ductile in all the studied conditions, since the worn surfaces showed predominantly micro plowing and regions with micro fatigue, the latter seem to have increased in size as the hardness of the tested material increased.

A lenha é o principal combustível utilizado por diversos setores econômicos do estado e do país, gerando grande quantidade de cinza, sendo a maior parte descartada sem um mínimo controle, com risco de contaminação do solo e lençol freático, e parte dispersa na atmosfera poluindo o ar. Este trabalho teve por objetivo iniciar os estudos da viabilidade de utilização da cinza coletada em filtro multiciclone pela combustão de lenha de eucalipto em caldeira fumotubular para produção de vapor, visando sua incorporação ao concreto. O estudo compreendeu três fases experimentais. Na primeira foi realizada a caracterização da cinza através de ensaios químico, físico, mineralógico, microestrutural e impacto ambiental, concluindo-se que o resíduo indicava seu uso no concreto como fíler. Realizou-se um estudo estatístico com o teor de CaO e o diâmetro médio, concluindo-se que estas variáveis ocorrem de forma estável ao longo do processo de produção. Numa segunda fase estudou-se os efeitos da adição da cinza em teores de adição de 0%, 15%, 30% e 45% nos ensaios de temperatura de hidratação do cimento em pastas e nos ensaios de resistência à compressão e absorção por capilaridade e aspecto econômico em concretos com valores de m de 6,0, 7,5 e 9,0. Pela avaliação dos resultados o teor de adição de 15% e m=7,5 se apresentaram como os que melhor otimizaram as propriedades estudadas nas pastas e concretos ensaiados. Numa fase final realizou-se ensaios complementares em pastas, argamassas e concretos com teor de adição de 15% de cinza e m=7,5. Os resultados mostraram que a cinza de lenha de eucalipto pode ser utilizada como adição ao concreto, com efeito predominante de fíler, em percentual de 15%, trazendo benefícios econômicos, técnicos e ambientais. / Firewood is the main fuel used by various economic sectors of the state and the country, generating large amounts of ash, with most being discarded without a minimum control with risk of contamination of soil and groundwater, and partly dispersed in the atmosphere polluting the air. This study aimed to initiate studies of the feasibility of using the ash collected in the filter multicyclone wood-burning eucalyptus fumotubular boiler to produce steam, for their incorporation into the concrete. The study involved three phases. On the first characterization was carried out by testing the ash chemical, physical, mineralogical, microstructural and environmental impact, concluding that the residue indicated its use as filler in concrete. We performed a statistical analysis with the CaO content and the average diameter, ending up those variables that occur in a stable manner over manufacturing process. A second step we studied the effects of adding the ash levels of addition of 0%, 15%, 30% and 45% in the assays temperature of hydration of the cement pastes and the resistance of the compression and absorption by capillarity and in economics with specific values of m of 6,0, 7,5 and 9,0. For the evaluation of the results the addition content of 15% and m = 7,5 are presented as ones that best optimized properties studied in specific folders and tested. In a final stage took place in testing pastes, mortars and concretes with addition content of 15% ash and m = 7,5. The results showed that ash firewood eucalyptus can be used as an addition to concrete, with predominant effect of fillers, a percentage of 15%, bringing economic, technical and environmental.

Atualmente, a alvenaria estrutural é utilizada em empreendimentos habitacionais de larga escala, nos quais as exigências de racionalização, controle, rapidez e custo são mais bem contemplados pelo sistema. No Brasil, existem empreendimentos de até 16 pavimentos construídos com blocos de alta resistência e alto controle tecnológico. A construção de edificações com maiores alturas exige o aumento da capacidade de absorção de esforços de compressão e tração. Para isso, são inseridas barras de aço nos vazados dos blocos e consolidadas com graute, a fim de aumentar a capacidade portante do conjunto. Entretanto, a influência da aderência graute/ bloco cerâmico no comportamento mecânico da alvenaria estrutural ainda é uma dúvida, visto que a NBR 15812 - 1 (ABNT, 2010) não especifica um valor de resistência para aderência graute/ bloco cerâmico, somente para graute/ aço. Frente a essa constatação, a presente pesquisa tem o objetivo de avaliar a influência da aderência graute/ bloco cerâmico estrutural no comportamento mecânico do conjunto, para determinar um valor de tensão de aderência que possa contribuir com a NBR 15812-1 (ABNT, 2010) Para isso, foram utilizados quatro tipos de blocos cerâmicos, com variação da geometria interna dos vazados e resistência mecânica à compressão. O graute foi padronizado em somente uma resistência, sendo essa de 30 MPa. Para desenvolvimento da pesquisa, inicialmente foi realizada a caracterização dos materiais e, posteriormente, realizados ensaios de push-out, resistência à compressão de blocos preenchidos com graute e microscopia óptica. Os resultados revelaram que a aderência graute/ bloco cerâmico estrutural é superior à resistência mecânica à tração do bloco cerâmico, e que a ruptura do conjunto ocorre primeiramente no bloco. Os resultados também constataram aumento da resistência mecânica à compressão axial nos blocos preenchidos com graute. / Currently, structural masonry is used in large-scale housing projects, in which the requirements of rationalization, control, speed and cost are better covered by the system. In Brazil there are projects of up to 16 floors built with high resistance and high technological control blocks. The construction of buildings with higher heights requires the increase of the capacity of absorption of compression and traction forces. For this, steel bars are inserted into hollow blocks which are then consolidated with grout in order to increase the load-bearing capacity of the assembly. However, the influence of ceramic block/grout adhesion in the mechanical behavior of structural masonry is still unknown since the NBR 15812-1 (ABNT, 2010) standard does not specify a resistance value for grout/ceramic block adhesion, only for grout/steel adhesion. In view of this finding, the present research has the objective of evaluating the influence of the structural ceramic block/grout adhesion on the mechanical behavior of the assembly in order to determine a value of adhesion tension that can contribute to the NBR 15812-1 (ABNT, 2010) standard For this purpose four types of ceramic blocks with a variation in the internal geometry of the hollow spaces and mechanical strength to compression were used. Grout was standardized in only one strength of 30 MPa. For development of the research, initially the characterization of the materials was performed and, subsequently, the tests of push-out and compressive strength of grout-filled blocks and light microscopy. The results showed that the grout/ceramic block adhesion is superior to the mechanical tensile strength of the ceramic block and, therefore, the rupture of the assembly will occur first in the block. The results also showed a significant increase of the mechanical resistance to axial compression in blocks filled with grout.

O crescente aumento dos preços de carvões de alta qualidade para a coqueificação e sua escassez em todo o mundo tem levado produtores de coque a buscar novas alternativas para a composição de suas misturas. No entanto, mudanças na matriz das misturas de carvões devem ser acompanhadas pela manutenção da qualidade do coque. O presente estudo teve como objetivo geral avaliar a influência do uso de um carvão colombiano médio volátil com alta heterogeneidade, bem como carvões de baixo e alto volátil americanos na qualidade do coque. Para isso esses três carvões e mais dois carvões médio volátil, tipicamente utilizados na produção de coque, foram caracterizados e submetidos a carbonização. Assim foram produzidos em forno piloto (250 kg) coques a partir dos carvões individuais e de três séries de misturas. A caracterização dos coques produzidos foi realizada através de sua análise química, (análises imediata e enxofre), textura óptica, porosidade, resistência mecânica a frio (DI e tambor “I”) e reatividade (CRI e termobalança). Os resultados obtidos apontam que nas condições avaliadas o uso de carvão colombiano em detrimento de carvões de médio volátil teve pouca influência sobre a qualidade do coque até percentuais de 30%, enquanto aumentos maiores afetaram de forma negativa a qualidade do coque. Os limites máximos encontrados para a substituição dos carvões de médio volátil pelos carvões de alto e baixo volátil foram de 30 e 10%, respectivamente. Além disso, foram encontradas e discutidas as relações entre a textura óptica dos coques e sua reatividade, onde a reatividade dos coques aumentou com a diminuição do tamanho da textura óptica dos coques. Verificou-se também que o teste de reatividade em termobalança é uma boa alternativa para a caracterização da reatividade de coques, podendo ser correlacionado a testes padronizados (CRI). O modelo aditivo para a estimativa da textura óptica do coque,com base nos parâmetros dos coques individuais, mostrou uma boa correlação entre os dados experimentais e calcula dos e pode ser usado como uma ferramenta para ajudar na otimização de misturas de carvões. / The increasing price of prime coking coals and their scarcity worldwide have leaded the coke producers to look for alternative ways to compose their coal blends. However, any changes in coal blends should be done follow by the maintenance of the coke quality. The main objective of the present study was to assess the influence of a medium volatile Colombian coal of high heterogeneity, as well as low and high volatile American coals on coke quality. For this propose one Colombian coal of high heterogeneity and four coals typically used as components of coking blends were characterized and submitted to carbonization. Thus, cokes from single coals and three different series of coal blends were produced in a pilot scale coke oven (250kg). Coke characterization was performed by chemical analysis (proximate and sulfur analysis) ,determination of coke optical texture , porosity, mechanical strength tests (DI and I-Type Coke Tumbler) and reactivity tests (thermobalance and CRI)conditions evaluated using. The results showed that the substitution of medium volatile coals by Colombian coal had slight influence on coke quality for percentages equal to or below 30%, whilst further additions had a negative effect on coke quality. The maximum limits found for the replacement of medium volatile for low and high volatile coals were 10 and 30%, respectively. Moreover, the relationship between coke optical texture and reactivity was found and discussed, where coke reactivity increased with decreasing size of the optical texture components. It was also found that the reactivity test carried out in thermobalance is a good alternative for the characterization of coke reactivity and it can be correlated with standardized tests (CRI). The additive model to estimate coke texture, based in individual cokes, showed a good agreement between experimental and calculated data and can be used as a tool to help in the blend composition process.

A engenharia de materiais proporcionou os avanços mais notórios sobre o desempenho mecânico dos materiais cimentícios nas últimas décadas, ora por meio das técnicas de conformação, ora pelo projeto da microestrutura. Com isso, demonstrou-se ser falsa a idéia de que baixas resistências mecânicas seriam inerentes aos materiais cimentícios, mas, ao mesmo tempo, o restrito advento desses novos materiais aos setores de maior demanda os relegou à condição de alternativos apenas. O fato de cada tonelada de cimento Portland gerar outra tonelada de gases do efeito estufa indica que o quadro anterior precisa ser revisto. É por isso que uma das principais contribuições desse trabalho foi desenvolver a conformação por técnicas altamente produtivas e capazes de propiciar excelente desempenho mecânico, além da durabilidade, aos materiais cimentícios. A concepção e a construção de uma linha de prensagem por rolos foi o primeiro passo para que as placas cimentícias com resistência à compressão superior à 200MPa e reprodutibilidade compatível à das cerâmicas técnicas fossem obtidas de modo eficaz. Por sua vez, a extrusão, uma técnica capaz de produzir perfis com geometrias complexas e em grande quantidade, também foi bem adaptada aos materiais cimentícios, com excelente reprodutibilidade e resistência à flexão superior à 20MPa. Em ambas, prensagem e extrusão, o domínio da técnica nos permitiu obter componentes cimentícios cujas resistências mecânicas não sofrem influências de quaisquer que sejam os ambientes ao quais são expostos. A isso atribuímos o mais amplo conceito de durabilidade para um material cuja utilização depende da resistência mecânica ao longo de sua vida útil. Ainda, um método inovador para a durabilidade desses materiais foi desenvolvido neste trabalho: trata-se de sua impregnação por TEOS, um precursor de sílica molecular que reage com o hidróxido de cálcio para selar os poros pelos quais penetrou. Em números, significa a possibilidade de reduzir a porosidade dos corpos à base de cimento Portland para valores inferiores a 1% em volume, ao que se associa à concomitante redução de uma ordem de grandeza no coeficiente de difusão do íon cloro. Em resumo, os resultados que serão apresentados estão em ressonância com os mais rigorosos critérios de sustentabilidade num setor que urge por melhores perspectivas para o definitivo ingresso na era da industrialização: a construção civil. Porém, a maior virtude deste trabalho é não apenas aprimorar as etapas da engenharia dos materiais cimentícios, mas também aplicar a ciência para o entendimento da origem de sua resistência mecânica. De acordo com nossas comprovações experimentais, a resistência mecânica desses materiais é governada pelas moléculas de água confinadas em películas nanométricas entre as fases que se hidratam do cimento Portland. Essas moléculas de água se comportam como uma fase vítrea e, por sua vez, promovem adesão às superfícies que a confinam. Essa é também uma contribuição deste trabalho para tornar viável a nanotecnologia desses materiais por intermédio de um tema até então inexplorado: a adesão por água confinada. Acreditamos também que o grau de inovação sobre esse tema poderá extrapolar o material em si, visto que a vida como conhecemos é uma conseqüência direta das intrigantes propriedades da água e suas ligações hidrogênio. / The materials engineering afforded the most paramount known advances on the mechanical performance of cementitious materials in the last decades, through either casting techniques or microstructure design. Therewith, it was demonstrated to be false the idea that low mechanical strengths should be inherent to cement-based materials, but, at the same time, the limited ingress of these new materials to fields of great demands relegated them to the condition of merely alternative. The fact that each ton of Portland cement does create another ton of gases related to global warming indicates that the former situation needs to be reviewed. That is why one of the main contributions of this work was to improve casting techniques to render massive production and excellent mechanical performance, in addition to durability, for the cementitious materials. The concept and the construction of a roll compaction equipment were the first step to the cost-effective production of cementitious plates with compressive strength in excess of 200MPa, in addition to a reproducibility inasmuch as that of a technical ceramic. In the same way, the extrusion, a technique able to largely produce components of complex geometries, was also well adapted to cement-based materials which, again, showed excellent reproducibility and bending strength of more than 20MPa. In both, pressing and extrusion techniques, the control of processing steps was enough to get cement-based products whose mechanical strength barely changes, even after exposure to deleterious environments. Hereby, we attribute the widest concept of durability to a material which depends on the mechanical strength throughout its service life. Anyway, we also developed an innovative method to improve the durability of these materials along this work: TEOS impregnation. TEOS is a molecular precursor of silica which reacts with calcium hydroxide to seal the cementitious pores wherefrom it penetrated. Quantitatively, the porosity of Portland cement-based products dropped down to values around 1% in volume, what is related to concomitant reduction of chlorine ion diffusion coefficient of an order of magnitude. In summary, the results that will be demonstrated in the following chapters are in resonance with the most rigorous rules for sustainability, precisely in a field where such an initiative is welcome to help encouraging its industrialization: the building construction. However, it seems that the biggest virtue of this work is not only the improvements for cementitious materials engineering, but also to apply the science for the understanding of the origin of their mechanical strength. According to our experimental evidences, the mechanical strength of these materials is ruled by water molecules which are confined in nanometric layers between the hydrating phases of Portland cement. These water nanolayers behave themselves as glassy phase and, in their turn, promote adhesion to the surfaces which confine them. To the best of our knowledge, this work is one of the most promising contributions to become possible the nanotechnology of these materials, through a subject up to that time unexplored: the adhesion by confined water. Hence, it is likely that the innovation about this subject could exceed the material itself, once life as we know owes its peculiarities to the intrigant properties of water and to their hydrogen bonding.

Tem sido documentado que uma desvantagem do uso de pesos livres e máquinas de musculação é que há um efeito resultante da aceleração sobre a massa dos implementos usados durante a realização de exercícios dinâmicos. Como conseqüência, a carga externa assume valores ora acima, ora abaixo da carga escolhida durante a amplitude total de movimento (ADM). Apesar disso, há uma escassez de estudos que tenham definido a metodologia de aplicação dos materiais elásticos nos exercícios realizados em máquinas ou que tenham avaliado os efeitos crônicos do uso combinado de tubos elásticos (TEs) e máquinas, sobre parâmetros de força muscular. Desse modo, os objetivos do presente estudo foram desenvolver uma metodologia de implementação dos materiais elásticos às máquinas de musculação e comparar os efeitos crônicos do uso de exercício dinâmico adaptado com TEs com uso de exercícios dinâmico sem TEs, sobre os ganhos de força muscular. Dois estudos foram desenvolvidos. No primeiro estudo, com auxílio de sistema de dinamometria e cinemetria, testes preliminares foram realizados para definir a posição articular e a magnitude da resistência que o TE deveria fornecer para compensar a queda da carga externa durante a realização do exercício de extensão de joelho (EJ) em uma máquina de musculação. Foi determinado que os TEs deveriam oferecer resistência a partir de um ângulo correspondente a um terço do final da fase concêntrica. Ademais, um percentual de queda da carga externa em diferentes velocidades foi obtido e usado para escolher entre os TEs previamente calibrados o que melhor era capaz de compensar a queda da carga externa. No segundo estudo, 22 sujeitos, divididos em grupo com TEs anexados à máquina (CTE) e grupo sem TEs (STE), foram submetidos a um protocolo de treinamento progressivo com exercício de EJ realizado três vezes por semana, com duração de 14 semanas. Em três ocasiões distintas, os sujeitos foram submetidos a realização de teste de uma repetição máxima, teste de contração voluntária máxima isométrica em quatro posições articulares distintas, salto sem contramovimento (SSC) e teste de contração voluntária máxima isocinética. Foram consideradas como variáveis dependentes a força máxima isométrica (FMiso), a força máxima dinâmica isotônica (FMdin), o torque máximo isocinético (TMcin), a potência muscular e a altura do salto (avaliados por meio do SSC). Como variáveis independentes foram considerados os grupos (CTE e STE) e o tempo de treinamento. ANOVA de dois caminhos (grupo e tempo) com medidas repetidas no tempo foi usada pra verificar os efeitos principais e interações entre as variáveis. (α = 0,05). Como resultado, foi observado que o grupo CTE apresentou valores de força máxima isométrica no final da ADM cerca de 40% maiores quando comparado ao grupo STE. Entretanto, não foram observados efeitos principais ou interações nos demais parâmetros de força avaliados. Como aplicação prática, o uso de TEs combinados ao exercício de EJ na máquina avaliada pode ser útil quando o objetivo do treinamento é obter maiores ganhos de força isométrica na porção final da ADM ou ainda obter maior controle da carga escolhida durante uma maior porção do movimento dinâmico. / It has been documented that a disadvantage of the use free weights or exercise machines is that there is a resultant acceleration effect on the mass of the implement used during the dynamic exercises, which modifies the magnitude of the external load. The consequence of this is that the chosen load for the exercise may fluctuate above or below that intended load during the range of motion (ROM). However, there is a scarcity of studies that defined the methodology of application of elastic tubing (ET) in exercise machines or that verified the chronic effect of the use of ET and exercise machines on muscular strength parameters. Thus, the aims of the study were to develop a methodology of implementation to ET at exercises machines and to compare the effects of use of dynamic exercise adapted with ET with use of dynamic exercise without ET on the muscular strength during a strength training program. Two studies were performed. In the first study, using dynamometric and cinematic system, tests were performed earlier to define the magnitude of resistance which ET should offer so that compensates the decrease in the external load. As a result, it was determined that ET should offer resistance from the degree corresponding to third at the end of the concentric phase. Nevertheless, a percentage of decrease in the external load in relation to chosen load at different velocities was obtained and used to choose between the calibrated ET which one that was able to compensate the decrease in the external load. In the second study, twenty two subjects from both sexes, divided between into group with ET attached at machine (ETA) and group without ET attached to machine (WET) were submitted to the progressive training protocol using exercise of knee extension, performed 3 times per week, during 14 weeks. In three distinct situation (0, 7 and 14 weeks) the subjects was submitted to performing of the one repetition maximum, maximum voluntary contraction isometric at four different angles of knee flexion, vertical jump without a countermovement movement (SJ) and maximum voluntary contraction isokinetic. The dependent variables used in this present study were the maximal isometric strength, the maximal dynamic strength, the maximal torque isokinetic, the power strength and height of jump (available during the SJ). The independent variables were the group (ETA and WET) and the training time. ANOVA - two ways (group and time) with repeated measures in time was used to verify the main effects and interactions between the variables (α = 0.05). As a main result, it was observed that the group ETA presented values of maximal strength isometric in the end of the ROM about 40% greater when it was compare with the group STE. However, it was no found main effects or interactions between other parameters of strength. As the practical application, the combining elastic tubing with exercise of knee extension in a specific machine can be use when the goal of training program is obtain greater strength in the final portion of extension knee or obtain better control of the chosen load during greater portion of dynamic movement.