Um modelo discreto dinâmico em treliça, com caráter probabilístico, é desenvolvido e empregado na representação do fenômeno de ruptura de matérias não-homogêneos. Para os elementos é adotada um relação constitutiva bilinear com “strain-softening”, sendo que este efeito é ajustado de modo a se ter uma invariância, como o nível de discretização, do consumo de energia durante a ruptura. Os resultados são obtidos através de uma integração numérica explícita das equações de equilíbrio, pelo método de diferenças finitas centrais. Esta técnica permite análises onde ocorram movimentos de corpo rígido, típicos de fase pós-ruptura. O modelo mostra-se capaz de permitir simulações através das quais se obtêm informações como velocidade e geometria da propagação de fraturas, tensões críticas de ruptura e influência da velocidade de aplicação dos carregamentos. Enfoque especial é dado ao efeito de escala, devido à possibilidade de obtê-lo tanto em problemas básicos da Mecânica Elástica Linear das Fraturas, onde existe uma fissura inicial definida, como em situações nas quais se tem um corpo suposto intacto, mas cujas propriedades mecânicas variam através de seu volume.

Um modelo discreto dinâmico em treliça, com caráter probabilístico, é desenvolvido e empregado na representação do fenômeno de ruptura de matérias não-homogêneos. Para os elementos é adotada um relação constitutiva bilinear com “strain-softening”, sendo que este efeito é ajustado de modo a se ter uma invariância, como o nível de discretização, do consumo de energia durante a ruptura. Os resultados são obtidos através de uma integração numérica explícita das equações de equilíbrio, pelo método de diferenças finitas centrais. Esta técnica permite análises onde ocorram movimentos de corpo rígido, típicos de fase pós-ruptura. O modelo mostra-se capaz de permitir simulações através das quais se obtêm informações como velocidade e geometria da propagação de fraturas, tensões críticas de ruptura e influência da velocidade de aplicação dos carregamentos. Enfoque especial é dado ao efeito de escala, devido à possibilidade de obtê-lo tanto em problemas básicos da Mecânica Elástica Linear das Fraturas, onde existe uma fissura inicial definida, como em situações nas quais se tem um corpo suposto intacto, mas cujas propriedades mecânicas variam através de seu volume.

Um modelo discreto dinâmico em treliça, com caráter probabilístico, é desenvolvido e empregado na representação do fenômeno de ruptura de matérias não-homogêneos. Para os elementos é adotada um relação constitutiva bilinear com “strain-softening”, sendo que este efeito é ajustado de modo a se ter uma invariância, como o nível de discretização, do consumo de energia durante a ruptura. Os resultados são obtidos através de uma integração numérica explícita das equações de equilíbrio, pelo método de diferenças finitas centrais. Esta técnica permite análises onde ocorram movimentos de corpo rígido, típicos de fase pós-ruptura. O modelo mostra-se capaz de permitir simulações através das quais se obtêm informações como velocidade e geometria da propagação de fraturas, tensões críticas de ruptura e influência da velocidade de aplicação dos carregamentos. Enfoque especial é dado ao efeito de escala, devido à possibilidade de obtê-lo tanto em problemas básicos da Mecânica Elástica Linear das Fraturas, onde existe uma fissura inicial definida, como em situações nas quais se tem um corpo suposto intacto, mas cujas propriedades mecânicas variam através de seu volume.

Este trabalho investigou a relação entre a taxa de erosão de três tipos de cerâmicas de Engenharia, Al2O3 (alumina), ZrO2 (zircônia) e Si3N4 (nitreto de silício), com as propriedades mecânicas de tenacidade à fratura e dureza desses materiais, quando submetidos às mesmas condições de desgaste por erosão à temperatura ambiente e quente (850°C). Os materiais cerâmicos utilizados são comerciais e suas propriedades conhecidas. Os materiais foram analisados, antes e após os ensaios de erosão, por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Utilizaram-se comparativamente as equações de Wiederhorn e a de Evans na análise dos resultados. Os modelos reproduziram o comportamento da Al2O3 e da ZrO2 quanto à taxa de erosão. O Si3N4 apresentou desgaste por erosão inferior ao descrito pelos modelos. A ZrO2 teve significativo aumento da taxa de erosão quando em temperatura elevada (850°C), demonstrando uma importante perda de propriedade com a elevação da temperatura. Os resultados indicaram que a tenacidade à fratura apresentou relação direta com a taxa de erosão, diferentemente da dureza, que não demonstrou relação direta com a taxa de erosão. A propriedade mecânica de tenacidade à fratura é indicativa do comportamento dos materiais cerâmicos quanto à resistência a erosão, mas ainda é recomendável a realização de ensaios nas condições de utilização estabelecidas, antes da aplicação prática do material. / This work investigated the relationship among the erosion rate of three different kinds of Engineering Ceramics, Al2O3 (alumina), ZrO2 (zirconia) and Si3N4 (silicon nitride), with their mechanical properties of fracture toughness and hardness, when submitted to the same conditions of erosion wear at both room and high temperature (850°C). The ceramic materials tested were commercial materials and their properties are known. The materials were analyzed, before and after the experiments, by scanning electron microscopy (SEM). It was used comparatively the Wiederhorn and the Evans equations to analyze the results. The models reproduce the erosion behavior of Al2O3 and ZrO2. The Si3N4 presented very low erosion wear, less than estimated by mathematic models. The ZrO2 performs a high increase of erosion tax when at high temperature (850°C), it demonstrates an expressive properties loss with temperature increase. The results indicate that the fracture toughness has direct relation with the erosion rate, differently of the hardness which hasn’t direct relation with erosion rate. The mechanical property of fracture toughness is indicative erosion resistance behavior of ceramic materials, but is still advisable tests in use conditions before the material practical application.

Este trabalho investigou a relação entre a taxa de erosão de três tipos de cerâmicas de Engenharia, Al2O3 (alumina), ZrO2 (zircônia) e Si3N4 (nitreto de silício), com as propriedades mecânicas de tenacidade à fratura e dureza desses materiais, quando submetidos às mesmas condições de desgaste por erosão à temperatura ambiente e quente (850°C). Os materiais cerâmicos utilizados são comerciais e suas propriedades conhecidas. Os materiais foram analisados, antes e após os ensaios de erosão, por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Utilizaram-se comparativamente as equações de Wiederhorn e a de Evans na análise dos resultados. Os modelos reproduziram o comportamento da Al2O3 e da ZrO2 quanto à taxa de erosão. O Si3N4 apresentou desgaste por erosão inferior ao descrito pelos modelos. A ZrO2 teve significativo aumento da taxa de erosão quando em temperatura elevada (850°C), demonstrando uma importante perda de propriedade com a elevação da temperatura. Os resultados indicaram que a tenacidade à fratura apresentou relação direta com a taxa de erosão, diferentemente da dureza, que não demonstrou relação direta com a taxa de erosão. A propriedade mecânica de tenacidade à fratura é indicativa do comportamento dos materiais cerâmicos quanto à resistência a erosão, mas ainda é recomendável a realização de ensaios nas condições de utilização estabelecidas, antes da aplicação prática do material. / This work investigated the relationship among the erosion rate of three different kinds of Engineering Ceramics, Al2O3 (alumina), ZrO2 (zirconia) and Si3N4 (silicon nitride), with their mechanical properties of fracture toughness and hardness, when submitted to the same conditions of erosion wear at both room and high temperature (850°C). The ceramic materials tested were commercial materials and their properties are known. The materials were analyzed, before and after the experiments, by scanning electron microscopy (SEM). It was used comparatively the Wiederhorn and the Evans equations to analyze the results. The models reproduce the erosion behavior of Al2O3 and ZrO2. The Si3N4 presented very low erosion wear, less than estimated by mathematic models. The ZrO2 performs a high increase of erosion tax when at high temperature (850°C), it demonstrates an expressive properties loss with temperature increase. The results indicate that the fracture toughness has direct relation with the erosion rate, differently of the hardness which hasn’t direct relation with erosion rate. The mechanical property of fracture toughness is indicative erosion resistance behavior of ceramic materials, but is still advisable tests in use conditions before the material practical application.

As geomembranas de polietileno de alta densidade (PEAD) são amplamente utilizadas em obras na área de meio ambiente como barreira impermeabilizante para evitar a contaminação das águas subterrâneas, pelas suas características de alta resistência química, flexibilidade e baixa permeabilidade a líquido e gases. Baseando-se no fato de que o aterro sanitário é recomendado atualmente como a melhor alternativa para o destino final das milhares de toneladas de resíduos sólidos gerados diariamente nas cidades e que, geomembranas de PEAD são utilizadas como reforço de impermeabilização nestas estruturas, o presente trabalho tem como objetivo avaliar as perdas de propriedade causadas pelas condições as quais a geomembrana encontra-se submetida quando instalada na célula de um aterro sanitário. Para tanto foram retiradas amostras da geomembrana impermeabilizante de um aterro sanitário que se encontrava sob resíduos há aproximadamente 1 ano. Estas amostras, juntamente com amostra de uma geomembrana nova, disponibilizada no próprio aterro, foram submetidas a dois tipos de ensaios: o primeiro ensaio, tensofissuramento ambiental de corpo de prova dobrado (Bent Strip Environmental Stress Cracking). Neste ensaio algumas amostras foram banhadas em solução tensoativa, conforme preconiza a norma, enquanto outras foram ensaiadas banhadas em chorume, numa adaptação à metodologia normalizada. No segundo ensaio, corpos de prova obtidos das amostras das geomantas foram submetidos a processo de envelhecimento parte em banho com solução tensoativa e parte com chorume. Após ambos os ensaios, as amostras e corpos de prova foram caracterizadas por ensaios térmicos, físicos, mecânicos, reológicos e morfológicos. No ensaio de tensofissuramento de corpo de prova dobrado não foi possível identificar a propagação de trinca ou fratura nas amostras porém foi possível identificar por MEV o início de microfissuras. Com base nos resultados reológicos e de tração modificado (gravatas) foi possível comprovar o processo de degradação química do polímero que ocorre pelas condições em que a geomembrana é submetida quando instalada em uma célula de aterro sanitário, notadamente sua porção localizada no talude lateral do aterro. / High-density polyethylene geomembranes (HDPE) are currently widely used in environmental work as a waterproofing barrier to prevent contamination of groundwater, due to its characteristics of high chemical resistance, flexibility and low permeability to liquid and gases. Based on the fact that the landfill is currently recommended as the best alternative for the final destination of the thousands of tons of solid waste generated daily in our cities and that HDPE geomembranes are widely used as waterproofing reinforcement in these structures, the present work has as objective to evaluate properties losses caused by the conditions to which the geomembrane is submitted when installed in a cell of a landfill. For that purpose, exhumed samples from the cell of a sanitary landfill that had been under residues for approximately 1 year were obtained. These samples, together with a sample of a new geomembrane, made available in the own landfill, were submitted to two types of tests: The first one was bent strip environmental stress cracking test. In this test, some samples were bathed in a surfactant solution, according to the norm, while others were bathed in landfill leachate in an adaptation to the standard methodology. In the second test, test bodies obtained from the geosynthetics samples were submitted to aging process, part in a bath with surfactant solution and part with landfill leachate. After both tests, the test bodies, obtained from the geosynthetics samples, were characterized by thermal, physical, mechanical, rheological and morphological tests. In the bent strip environmental stress cracking test there was no possible to identify the propagation of crack or fracture in the samples; however it was possible to identify with scanning electron microscopy the beginning of microcracks. Based on the rheological and modified traction (ties) results it was possible to prove the chemical degradation process of the polymer that occurs due to the conditions in which the geomembrane is submitted when installed in a landfill cell, especially in its portion installed in the side embankment of the landfill.

o objetivo principal da pesquisa é analisar a influência conjunta do tamanho e da velocidade de deformação (ou velocidade de alongamento) nas propriedades mecânicas do aço, procurando determinar a possível existência de acoplamento produzido com a variação conjunta dos dois parâmetros. A pesquisa inclui a revisão bibliográfica, a análise teórica do assunto e um estudo experimental com 130 corpos de prova de diferentes tamanhos, extraídos duma única chapa grossa de aço, ensaiados com diferentes velocidades de deformação, obtendo resultados de distintas variáveis (resistência à tração, deformação de ruptura, energia consumida por unidade de volume, deformação correspondente à resistência à tração e redução da área na zona de escoamento). As principais conclusões da análise teórica são: a) Levando em consideração que o conceito de comprimento característico do material é de fundamental importância para interpretar o efeito de tamanho, se determina a forma geral da função f que define o fenômeno, para materiais com um e dois comprimentos característicos. b) Por analogía, para analisar o efeito produzido pela velocidade de deformação se pode supor a existência de uma, o mais de uma, velocidade de deformação característica do material, resultando uma função f que tem a mesma forma geral que no efeito de tamanho. c) Os atuais modelos que interpretam os efeitos de tamanho e de velocidade de deformação podem ser expressados na forma das expressões gerais encontradas. d) Também se determina a forma geral da função.f que define o efeito conjunto de tamanho e de velocidade de deformação quando não existe acoplamento das duas variáveis e no caso geral de um material com um comprimento e uma velocidade de deformação característica Os principais resultados do estudo experimental são: a) A variação das propriedades quando varia o tamanho, a velocidade de deformação, a posição na espessura e a região da qual é extraído o corpo de prova. b) Existe acoplamento dos dois efeitos claramente significativo para a resistência à tração e a deformação correspondente à resistência à tração, apenas significativo para a deformação de ruptura e a energia consumida por unidade de volume e não significativo para a redução da área na zona de escoamento. c) Do estudo experimental da resistência à tração resulta que o acoplamento dos dois efeitos é tal que quando aumenta a velocidade de deformação e diminui o tamanho o efeito conjunto se acentua e quando diminui a velocidade de deformação e aumenta o tamanho o efeito conjunto se atenua. d) Com base nos critérios existentes que analisam os dois efeitos por separado é deíinido um novo critério para a resistência à tração, incorporando termos que permitem interpretar o acoplamento dos dois efeitos, obtendo um melhor resultado que reduz a soma de quadrados dos resíduos em 20 % . As conclusões da tese proporcionam maior informação teórica e experimental dos efeitos de tamanho e de velocidade de deformação nas propriedades mecânicas dos materiais que podem contribuir para adotar decisões na consideração destes efeitos nas estruturas.

As geomembranas de polietileno de alta densidade (PEAD) são amplamente utilizadas em obras na área de meio ambiente como barreira impermeabilizante para evitar a contaminação das águas subterrâneas, pelas suas características de alta resistência química, flexibilidade e baixa permeabilidade a líquido e gases. Baseando-se no fato de que o aterro sanitário é recomendado atualmente como a melhor alternativa para o destino final das milhares de toneladas de resíduos sólidos gerados diariamente nas cidades e que, geomembranas de PEAD são utilizadas como reforço de impermeabilização nestas estruturas, o presente trabalho tem como objetivo avaliar as perdas de propriedade causadas pelas condições as quais a geomembrana encontra-se submetida quando instalada na célula de um aterro sanitário. Para tanto foram retiradas amostras da geomembrana impermeabilizante de um aterro sanitário que se encontrava sob resíduos há aproximadamente 1 ano. Estas amostras, juntamente com amostra de uma geomembrana nova, disponibilizada no próprio aterro, foram submetidas a dois tipos de ensaios: o primeiro ensaio, tensofissuramento ambiental de corpo de prova dobrado (Bent Strip Environmental Stress Cracking). Neste ensaio algumas amostras foram banhadas em solução tensoativa, conforme preconiza a norma, enquanto outras foram ensaiadas banhadas em chorume, numa adaptação à metodologia normalizada. No segundo ensaio, corpos de prova obtidos das amostras das geomantas foram submetidos a processo de envelhecimento parte em banho com solução tensoativa e parte com chorume. Após ambos os ensaios, as amostras e corpos de prova foram caracterizadas por ensaios térmicos, físicos, mecânicos, reológicos e morfológicos. No ensaio de tensofissuramento de corpo de prova dobrado não foi possível identificar a propagação de trinca ou fratura nas amostras porém foi possível identificar por MEV o início de microfissuras. Com base nos resultados reológicos e de tração modificado (gravatas) foi possível comprovar o processo de degradação química do polímero que ocorre pelas condições em que a geomembrana é submetida quando instalada em uma célula de aterro sanitário, notadamente sua porção localizada no talude lateral do aterro. / High-density polyethylene geomembranes (HDPE) are currently widely used in environmental work as a waterproofing barrier to prevent contamination of groundwater, due to its characteristics of high chemical resistance, flexibility and low permeability to liquid and gases. Based on the fact that the landfill is currently recommended as the best alternative for the final destination of the thousands of tons of solid waste generated daily in our cities and that HDPE geomembranes are widely used as waterproofing reinforcement in these structures, the present work has as objective to evaluate properties losses caused by the conditions to which the geomembrane is submitted when installed in a cell of a landfill. For that purpose, exhumed samples from the cell of a sanitary landfill that had been under residues for approximately 1 year were obtained. These samples, together with a sample of a new geomembrane, made available in the own landfill, were submitted to two types of tests: The first one was bent strip environmental stress cracking test. In this test, some samples were bathed in a surfactant solution, according to the norm, while others were bathed in landfill leachate in an adaptation to the standard methodology. In the second test, test bodies obtained from the geosynthetics samples were submitted to aging process, part in a bath with surfactant solution and part with landfill leachate. After both tests, the test bodies, obtained from the geosynthetics samples, were characterized by thermal, physical, mechanical, rheological and morphological tests. In the bent strip environmental stress cracking test there was no possible to identify the propagation of crack or fracture in the samples; however it was possible to identify with scanning electron microscopy the beginning of microcracks. Based on the rheological and modified traction (ties) results it was possible to prove the chemical degradation process of the polymer that occurs due to the conditions in which the geomembrane is submitted when installed in a landfill cell, especially in its portion installed in the side embankment of the landfill.

o objetivo principal da pesquisa é analisar a influência conjunta do tamanho e da velocidade de deformação (ou velocidade de alongamento) nas propriedades mecânicas do aço, procurando determinar a possível existência de acoplamento produzido com a variação conjunta dos dois parâmetros. A pesquisa inclui a revisão bibliográfica, a análise teórica do assunto e um estudo experimental com 130 corpos de prova de diferentes tamanhos, extraídos duma única chapa grossa de aço, ensaiados com diferentes velocidades de deformação, obtendo resultados de distintas variáveis (resistência à tração, deformação de ruptura, energia consumida por unidade de volume, deformação correspondente à resistência à tração e redução da área na zona de escoamento). As principais conclusões da análise teórica são: a) Levando em consideração que o conceito de comprimento característico do material é de fundamental importância para interpretar o efeito de tamanho, se determina a forma geral da função f que define o fenômeno, para materiais com um e dois comprimentos característicos. b) Por analogía, para analisar o efeito produzido pela velocidade de deformação se pode supor a existência de uma, o mais de uma, velocidade de deformação característica do material, resultando uma função f que tem a mesma forma geral que no efeito de tamanho. c) Os atuais modelos que interpretam os efeitos de tamanho e de velocidade de deformação podem ser expressados na forma das expressões gerais encontradas. d) Também se determina a forma geral da função.f que define o efeito conjunto de tamanho e de velocidade de deformação quando não existe acoplamento das duas variáveis e no caso geral de um material com um comprimento e uma velocidade de deformação característica Os principais resultados do estudo experimental são: a) A variação das propriedades quando varia o tamanho, a velocidade de deformação, a posição na espessura e a região da qual é extraído o corpo de prova. b) Existe acoplamento dos dois efeitos claramente significativo para a resistência à tração e a deformação correspondente à resistência à tração, apenas significativo para a deformação de ruptura e a energia consumida por unidade de volume e não significativo para a redução da área na zona de escoamento. c) Do estudo experimental da resistência à tração resulta que o acoplamento dos dois efeitos é tal que quando aumenta a velocidade de deformação e diminui o tamanho o efeito conjunto se acentua e quando diminui a velocidade de deformação e aumenta o tamanho o efeito conjunto se atenua. d) Com base nos critérios existentes que analisam os dois efeitos por separado é deíinido um novo critério para a resistência à tração, incorporando termos que permitem interpretar o acoplamento dos dois efeitos, obtendo um melhor resultado que reduz a soma de quadrados dos resíduos em 20 % . As conclusões da tese proporcionam maior informação teórica e experimental dos efeitos de tamanho e de velocidade de deformação nas propriedades mecânicas dos materiais que podem contribuir para adotar decisões na consideração destes efeitos nas estruturas.

o objetivo principal da pesquisa é analisar a influência conjunta do tamanho e da velocidade de deformação (ou velocidade de alongamento) nas propriedades mecânicas do aço, procurando determinar a possível existência de acoplamento produzido com a variação conjunta dos dois parâmetros. A pesquisa inclui a revisão bibliográfica, a análise teórica do assunto e um estudo experimental com 130 corpos de prova de diferentes tamanhos, extraídos duma única chapa grossa de aço, ensaiados com diferentes velocidades de deformação, obtendo resultados de distintas variáveis (resistência à tração, deformação de ruptura, energia consumida por unidade de volume, deformação correspondente à resistência à tração e redução da área na zona de escoamento). As principais conclusões da análise teórica são: a) Levando em consideração que o conceito de comprimento característico do material é de fundamental importância para interpretar o efeito de tamanho, se determina a forma geral da função f que define o fenômeno, para materiais com um e dois comprimentos característicos. b) Por analogía, para analisar o efeito produzido pela velocidade de deformação se pode supor a existência de uma, o mais de uma, velocidade de deformação característica do material, resultando uma função f que tem a mesma forma geral que no efeito de tamanho. c) Os atuais modelos que interpretam os efeitos de tamanho e de velocidade de deformação podem ser expressados na forma das expressões gerais encontradas. d) Também se determina a forma geral da função.f que define o efeito conjunto de tamanho e de velocidade de deformação quando não existe acoplamento das duas variáveis e no caso geral de um material com um comprimento e uma velocidade de deformação característica Os principais resultados do estudo experimental são: a) A variação das propriedades quando varia o tamanho, a velocidade de deformação, a posição na espessura e a região da qual é extraído o corpo de prova. b) Existe acoplamento dos dois efeitos claramente significativo para a resistência à tração e a deformação correspondente à resistência à tração, apenas significativo para a deformação de ruptura e a energia consumida por unidade de volume e não significativo para a redução da área na zona de escoamento. c) Do estudo experimental da resistência à tração resulta que o acoplamento dos dois efeitos é tal que quando aumenta a velocidade de deformação e diminui o tamanho o efeito conjunto se acentua e quando diminui a velocidade de deformação e aumenta o tamanho o efeito conjunto se atenua. d) Com base nos critérios existentes que analisam os dois efeitos por separado é deíinido um novo critério para a resistência à tração, incorporando termos que permitem interpretar o acoplamento dos dois efeitos, obtendo um melhor resultado que reduz a soma de quadrados dos resíduos em 20 % . As conclusões da tese proporcionam maior informação teórica e experimental dos efeitos de tamanho e de velocidade de deformação nas propriedades mecânicas dos materiais que podem contribuir para adotar decisões na consideração destes efeitos nas estruturas.