<p>The aerodynamic excitation of the diametral acoustic modes of an axisymmetric cavity-duct system is investigated experimentally. The change experienced by the acoustic diametral modes with the increase of the mean flow Mach number is investigated numerically. The first objective of this research is to examine the ability of the axisymmetric free shear layer forming along the cavity mouth to excite the asymmetric diametral modes which do not have preferred azimuthal orientations. The dependency of the system aeroacoustic response on both the cavity length and its depth is investigated to determine the limitations imposed by the relative dimensions of the cavity on the excitation process. The azimuthal behaviour of the self-excited diametral modes is also characterized.</p> <p> An experimental set-up is designed to ensure the coincidence of the frequencies of the shear layer oscillation with the acoustic resonance frequencies. The selection of the test section dimensions is based on finite element simulation of the acoustic diametral modes for several geometries. To simulate the diametral modes at different flow Mach numbers, a finite difference code is developed based on a two-step computational aeroacoustic approach. This approach allows the simulation of the acoustic field, taking into account the convection effect of the mean flow.</p> <p>The experimental results show that the diametral modes are very liable to be self-excited when the mean flow Mach number is higher than 0.1. The level of acoustic pressure during the diametral mode resonance increases rapidly with the increase of the ratio of the cavity depth, d, to the pipe diameter, D. However, the maximum acoustic pressure during each resonance decreases with the increase of the ratio of the cavity length, L, to the pipe diameter, D. The selfexcitation of the diametral modes is sustainable with d/D as small as 1/12. Further reduction in this ratio may result in complete suppression of the resonance. For deep cavities, d/D>3/12, the first and second diametral modes are more liable to excitation than the higher order modes. This is attributed to the fact that the low order modes have relatively higher radial acoustic particle velocity amplitude at the cavity mouth compared to the higher order ones. For d/D=l/12, the higher order modes have relatively higher radial acoustic particle velocity amplitude and consequently their tendency to be self-excited increases. For long cavities, L/D>2/3, the duct longitudinal acoustic modes start to be excited and become more dominant as the cavity length is further increased. The excitation mechanism of these longitudinal modes has not been investigated in this work since sufficient details already exist in the literature.</p> <p>The azimuthal behaviour of the diametral modes is characterized for all the tested cases. For short cavities, the diametral modes are classified as spinning modes; while for long cavities, L/D> 1/2, the orientation of the mode changes randomly over time. Small imperfections in the axisymmetric geometry result in what is described as partially spinning modes. An analytical model is developed to describe quantitatively the spinning behaviour of the diametral modes. The free shear layer and the diametral modes are found to be fully coupled in the azimuthal direction. The random behaviour of the diametral modes in the case of long cavities is attributed to the increase of randomness in the turbulent shear layer </p> <p>The numerical simulations show that the diametral modes experience considerable changes with the increase of the mean flow Mach number. At the cavity mouth, both the amplitude and phase distributions of the acoustic particle velocity are altered with the increase of the Mach number. This demonstrates the importance of considering the effect of the mean flow on the acoustic power production process. Moreover, the resonance frequency of the diametral modes decreases with the increase of the Mach number.</p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Orientador: Miguel Ángel Ramírez Gil / Resumo: O óxido de grafeno reduzido (OGR) é um nanomaterial que possui propriedades como elevada área superficial e resistência mecânica, e é altamente dispersível em água. A literatura é muito escassa sobre a aplicação deste nanomaterial em materiais da construção civil, como argamassas cimentícias. Este trabalho abordou a influência do OGR nas propriedades mecânicas, físicas e microestruturais em argamassas cimentícias com dosagens já testadas para o óxido de grafeno (OG) 0,03%, 0,05%, 0,07% e 0,09% (em relação ao peso de cimento), em idades de 7, 28 e 91 dias. Com adição de 0,05% de OGR, a resistência à compressão teve aumentos 12,0%, 9,6%, e 7,8%, respectivamente, em todas as idades de cura, em relação a amostra sem adição de OGR. Em relação a resistência à compressão diametral e absorção de água por capilaridade, não houve melhoras aos 7 e 28 dias de cura, somente aos 91 dias, nas amostras com as maiores dosagens de OGR de 0,07% e 0,09%, apresentando um aumento de 16% da resistência à tração por compressão diametral. Na absorção de água por capilaridade aos 91 dias de cura, houve uma redução de 18,2% e 27,3%, com adição de 0,07 e 0,09%, respectivamente. As microestruturas mais favoráveis para bons resultados foram as que os cristais de hidratação se assemelham a bastonetes, lâminas, flocos e cristais lamelares que se sobrepõem tornando-se compactos e/ou densos. / Abstract: Reduced graphene oxide (RGO) is a nanomaterial that has properties such as high surface area and strength, it can be highly dispersible in water. The literature is very scarce on the application of this nanomaterial in civil construction materials, such as cement mortar. This work deals with the influence of RGO on the mechanical, physical and microstructural properties of cement mortar with already tested dosages for 0.03%, 0.05%, 0.07% and 0.09% graphene oxide (GO) (in relation to the weight of cement), with ages 7, 28 and 91 days. With addition of 0.05% RGO, the resistance of compression had increases of 12.0%, 9.6%, and 7.8%, respectively, in all curing ages, in relation to the sample without addition of RGO. The resistance by diametrical compression and water absorption by capillarity did not improve at 7 and 28 days of cure, only at 91 days of cure, in samples with higher RGO values of 0.07% and 0.09%, there was an average increase of 16.0% in the resistance by diametrical compression. / Mestre

Neste estudo avaliou-se o efeito de diferentes protetores de superfície na liberação de flúor (LF) e na resistência à tração diametral (TD) de dois cimentos de ionômero de vidro (CIV) convencionais restauradores, Chemfil e Chemflex (Dentsply). Manipulou-se os cimentos segundo as recomendações do fabricante, os espécimes confeccionados foram divididos em cinco grupos: grupo1 sem protetor (controle); grupo2 vaselina sólida; grupo3 verniz (Cavitine, S.S.White); grupo4 verniz fluoretado (Duraflur, Denstply); grupo5 adesivo (Magic Bond, Vigodent). Confeccionou-se para o teste de LF 40 espécimes para cada CIV, com dimensões de 4 mm de diâmetro por 6 mm de comprimento, divididos aleatoriamente entre os grupos e estocados individualmente em potes plásticos contendo 5 ml de água deionizada. Registrou-se o nível de fluoreto no período de 04 horas, 24 horas, 03 dias, 07 dias e 14 dias após a confecção, em um analisador Expandable Íon Analyser EA 960, sendo os resultados calculados em &#956;gF/ cm2. Confeccionou-se para o ensaio de TD 120 espécimes para cada CIV, com dimensões de 4 mm de diâmetro por 6 mm de comprimento, divididos aleatoriamente entre os grupos. Realizou-se ensaios mecânicos, com 1 dia e 14 dias após a confecção e estocagem individual dos espécimes em potes plásticos contendo 5 ml de água deionizada, em uma máquina universal de ensaios EMIC DL 500 MF, realizou-se um terceiro teste após 14 dias de ciclos de des-remineralização. Tratou-se estatisticamente os dados obtidos por ANOVA e por Student Newman-Keuls (p<0,05). No teste de LF os resultados demonstraram que o Chemfil liberou uma quantidade significantemente maior de flúor do que o Chemflex. Durante o período do teste a vaselina e o verniz tiveram um comportamento semelhante, mostrando uma menor LF do que o grupo controle nas primeiras 4 horas, com uma maior liberação na análise seguinte (24 horas). Os espécimes protegidos com vaselina e verniz, tiveram uma liberação de flúor semelhante ao grupo controle nos períodos de 3, 7 e 14 dias. O verniz fluoretado mostrou uma forte influência nas primeiras 24 horas. A partir da terceira análise observou-se uma maior liberação de flúor para o Chemfil em comparação com o Chemflex. Em relação ao emprego de um protetor superficial resinoso, encontrou-se tanto para Chemfil quanto para o Chemflex uma redução drástica na liberação de fluoreto, em todos os tempos analisados. No ensaio de TD o Chemfil não mostrou diferença estatisticamente significante quando os resultados de TD do seu grupo controle foram avaliados nos diferentes ensaios (24 horas, 14 dias e des-re), o mesmo acontecendo com o Chemflex. Ao se avaliar a influência dos diferentes protetores de superfície nos CIVs utilizados no presente trabalho observou-se que, para o Chemfil os protetores de superfície tiveram pouca influência no comportamento do material, se comportando na maioria das vezes de forma similar ao grupo controle. Em contrapartida, para o material Chemflex a utilização de um protetor de superfície, como o verniz fluoretado e o adesivo, permitiu maiores valores de resistência à TD. Conclui-se que quando se objetiva o uso do CIV por um curto período o Chemfil sem protetor parece ser o mais indicado, porém se o uso do CIV for por um longo período o Chemflex com a proteção do verniz fluoretado é o mais indicado. / This study evaluated the effect of different protective coatings on the fluoride release (FR) and on the diametral tensile strength (DTS) of two conventional restorative glass ionomer cements (GIC), Chemfil e Chemflex (Dentsply). The cements were manipulated according to the manufacturer's recommendation. The especimens were divided into five groups: group 1 uncoated (control group); group 2 petroleum jelly; group 3 dental varnish (Cavitine, S.S.White); group 4 - fluoride varnish (Duraflur, Denstply); group 5 dentin adhesive (Magic Bond, Vigodent). To the FR test were made 40 especimens to each CIV, with dimensions of 4mm in diameter by 6 mm in length divided randomly into the groups and kept individually in plastic containers with 5 mL of deionized water. The fluoride level was registered within 04 hours, 24 hours, 3 days, 7 days and 14 days after the confection in an Expandable Íon Analyser EA 960, and the results were calculated in &#956;gF/ cm2. To the DTS test 120 especimens were made to each GIC, with dimensions of 4mm in diameter by 6mm in length divided randomly into the groups. Mechanical tests were made within 1 day and 14 days after the confection and saving of specimens individually in plastic containers with 5 mL of deionized water, in an universal tests machine EMIC DL 500 MF, and a third test was made after 14 days of des-remineralization cycles. The data was statistically treated by ANOVA and by Student Newman-Keuls (p<0,05). In the FR test the results showed that the Chemfil released a significant bigger amount of fluoride then the Chemflex. During the tests period, the petroleum jelly and the dental varnish had a similar behavior, presenting lower fluoride release then the control group in the first 4 hours, with a greater release in the second analysis (within 24 hours). The especimens protected by petroleum jelly and dental varnish had a fluoride release similar to the control group on the periods of 3, 7 and 14 days. The fluoride varnish showed a great influence in the first 24 hours. From the third analysis on, each ionomer materials characteristics became prominent, and was noticed a bigger fluoride release on the Chemfil in comparison to the Chemflex. In relation to the coated with dentin adhesive, there was a drastic decrease of fluoride release for Chemfil and Chemflex, in all of the analysis periods. In the DTS test Chemfil didnt show statistically significant difference when the diametral tensile strength of the control group was evaluated in the various periods of time (24 hours, 14 days and de-remineralization), which also happened to Chemflex. When evaluating the influence of different surface protectors on the GIC used at this study, it was noticed that for the Chemfil the surface coating had little influence on the materials behavior, having on most of the time, the same behavior as the control group. However, to the Chemflex material, the use of a surface coating such as the fluoride varnish or the dentin adhesive allowed bigger values of diametral tensile strength. The conclusion is that when the use of GIC is wanted for a short period of time the Chemfil uncoated seems the most indicated. However, if the period of use is longer, the Chemflex with the fluoride varnish protection is the most indicated.

Neste estudo avaliou-se o efeito de diferentes protetores de superfície na liberação de flúor (LF) e na resistência à tração diametral (TD) de dois cimentos de ionômero de vidro (CIV) convencionais restauradores, Chemfil e Chemflex (Dentsply). Manipulou-se os cimentos segundo as recomendações do fabricante, os espécimes confeccionados foram divididos em cinco grupos: grupo1 sem protetor (controle); grupo2 vaselina sólida; grupo3 verniz (Cavitine, S.S.White); grupo4 verniz fluoretado (Duraflur, Denstply); grupo5 adesivo (Magic Bond, Vigodent). Confeccionou-se para o teste de LF 40 espécimes para cada CIV, com dimensões de 4 mm de diâmetro por 6 mm de comprimento, divididos aleatoriamente entre os grupos e estocados individualmente em potes plásticos contendo 5 ml de água deionizada. Registrou-se o nível de fluoreto no período de 04 horas, 24 horas, 03 dias, 07 dias e 14 dias após a confecção, em um analisador Expandable Íon Analyser EA 960, sendo os resultados calculados em &#956;gF/ cm2. Confeccionou-se para o ensaio de TD 120 espécimes para cada CIV, com dimensões de 4 mm de diâmetro por 6 mm de comprimento, divididos aleatoriamente entre os grupos. Realizou-se ensaios mecânicos, com 1 dia e 14 dias após a confecção e estocagem individual dos espécimes em potes plásticos contendo 5 ml de água deionizada, em uma máquina universal de ensaios EMIC DL 500 MF, realizou-se um terceiro teste após 14 dias de ciclos de des-remineralização. Tratou-se estatisticamente os dados obtidos por ANOVA e por Student Newman-Keuls (p<0,05). No teste de LF os resultados demonstraram que o Chemfil liberou uma quantidade significantemente maior de flúor do que o Chemflex. Durante o período do teste a vaselina e o verniz tiveram um comportamento semelhante, mostrando uma menor LF do que o grupo controle nas primeiras 4 horas, com uma maior liberação na análise seguinte (24 horas). Os espécimes protegidos com vaselina e verniz, tiveram uma liberação de flúor semelhante ao grupo controle nos períodos de 3, 7 e 14 dias. O verniz fluoretado mostrou uma forte influência nas primeiras 24 horas. A partir da terceira análise observou-se uma maior liberação de flúor para o Chemfil em comparação com o Chemflex. Em relação ao emprego de um protetor superficial resinoso, encontrou-se tanto para Chemfil quanto para o Chemflex uma redução drástica na liberação de fluoreto, em todos os tempos analisados. No ensaio de TD o Chemfil não mostrou diferença estatisticamente significante quando os resultados de TD do seu grupo controle foram avaliados nos diferentes ensaios (24 horas, 14 dias e des-re), o mesmo acontecendo com o Chemflex. Ao se avaliar a influência dos diferentes protetores de superfície nos CIVs utilizados no presente trabalho observou-se que, para o Chemfil os protetores de superfície tiveram pouca influência no comportamento do material, se comportando na maioria das vezes de forma similar ao grupo controle. Em contrapartida, para o material Chemflex a utilização de um protetor de superfície, como o verniz fluoretado e o adesivo, permitiu maiores valores de resistência à TD. Conclui-se que quando se objetiva o uso do CIV por um curto período o Chemfil sem protetor parece ser o mais indicado, porém se o uso do CIV for por um longo período o Chemflex com a proteção do verniz fluoretado é o mais indicado. / This study evaluated the effect of different protective coatings on the fluoride release (FR) and on the diametral tensile strength (DTS) of two conventional restorative glass ionomer cements (GIC), Chemfil e Chemflex (Dentsply). The cements were manipulated according to the manufacturer's recommendation. The especimens were divided into five groups: group 1 uncoated (control group); group 2 petroleum jelly; group 3 dental varnish (Cavitine, S.S.White); group 4 - fluoride varnish (Duraflur, Denstply); group 5 dentin adhesive (Magic Bond, Vigodent). To the FR test were made 40 especimens to each CIV, with dimensions of 4mm in diameter by 6 mm in length divided randomly into the groups and kept individually in plastic containers with 5 mL of deionized water. The fluoride level was registered within 04 hours, 24 hours, 3 days, 7 days and 14 days after the confection in an Expandable Íon Analyser EA 960, and the results were calculated in &#956;gF/ cm2. To the DTS test 120 especimens were made to each GIC, with dimensions of 4mm in diameter by 6mm in length divided randomly into the groups. Mechanical tests were made within 1 day and 14 days after the confection and saving of specimens individually in plastic containers with 5 mL of deionized water, in an universal tests machine EMIC DL 500 MF, and a third test was made after 14 days of des-remineralization cycles. The data was statistically treated by ANOVA and by Student Newman-Keuls (p<0,05). In the FR test the results showed that the Chemfil released a significant bigger amount of fluoride then the Chemflex. During the tests period, the petroleum jelly and the dental varnish had a similar behavior, presenting lower fluoride release then the control group in the first 4 hours, with a greater release in the second analysis (within 24 hours). The especimens protected by petroleum jelly and dental varnish had a fluoride release similar to the control group on the periods of 3, 7 and 14 days. The fluoride varnish showed a great influence in the first 24 hours. From the third analysis on, each ionomer materials characteristics became prominent, and was noticed a bigger fluoride release on the Chemfil in comparison to the Chemflex. In relation to the coated with dentin adhesive, there was a drastic decrease of fluoride release for Chemfil and Chemflex, in all of the analysis periods. In the DTS test Chemfil didnt show statistically significant difference when the diametral tensile strength of the control group was evaluated in the various periods of time (24 hours, 14 days and de-remineralization), which also happened to Chemflex. When evaluating the influence of different surface protectors on the GIC used at this study, it was noticed that for the Chemfil the surface coating had little influence on the materials behavior, having on most of the time, the same behavior as the control group. However, to the Chemflex material, the use of a surface coating such as the fluoride varnish or the dentin adhesive allowed bigger values of diametral tensile strength. The conclusion is that when the use of GIC is wanted for a short period of time the Chemfil uncoated seems the most indicated. However, if the period of use is longer, the Chemflex with the fluoride varnish protection is the most indicated.

O Brasil necessita de uma ampla implantação de sistemas de saneamento básico, como os de águas pluviais e, principalmente, coleta e tratamento de esgoto. Para resolver este problema pode ser interessante o emprego de tubos de concreto. Apesar de recente, o estudo de tubos de concreto reforçados com fibras já possibilitou a revisão da norma brasileira NBR 8890:2007 que prevê a utilização das fibras como único reforço do componente. No entanto, apenas fibras de aço são permitidas. Apesar de terem um potencial de durabilidade maior do que os tubos convencionalmente armados, ainda há a possibilidade de ampliar sua vida útil se forem utilizadas macrofibras poliméricas, que são resistentes à corrosão eletrolítica e hoje se encontram disponibilizadas no mercado Nacional. A dúvida que permanece é se essas fibras conseguem apresentar o mesmo desempenho mecânico das fibras de aço. Assim, esta dissertação de mestrado tem por objetivo principal realizar uma avaliação comparativa de desempenho mecânico das macrofibras poliméricas e das fibras de aço destinadas ao reforço de tubos de concreto para obras de saneamento básico. De forma a possibilitar estas avaliações foi feita uma verificação de desempenho por meio do ensaio de compressão diametral, com controle de deslocamentos, em tubos de concreto reforçados com fibras. Complementarmente, foram feitos o ensaio de absorção de água, a determinação do teor de fibra incorporado ao concreto por meio de testemunhos extraídos dos tubos e o ensaio de compressão axial em corpos-de-prova moldados. Os resultados demonstraram que as macrofibras poliméricas não obtiveram desempenho mecânico satisfatório, principalmente no que se refere à resistência residual pós-fissuração do tubo. Tal desempenho só foi obtido com a utilização de fibras de aço, o qual apresentou o dobro da capacidade resistente residual das macrofibras poliméricas para o mesmo teor em volume. Dessa forma, os tubos de concreto de 1 m de diâmetro reforçado com fibras, analisados neste estudo, apresentaram dificuldade de obtenção do desempenho pós-fissuração, o que dificultou a aprovação nos critérios da NBR 8890:2007. Assim, para que estes tubos pudessem atingir as cargas especificadas nesta norma seria preciso aumentar o teor ou o comprimento das fibras, o que iria dificultar a moldagem dos tubos. / Brazil requires a wide deployment of systems for drainage and, especially, sewage collection and treatment. To resolve this issue may be interesting the use of concrete pipes. Although recent, the study of fiber reinforced concrete pipes has already enabled the revision of the Brazilian standard NBR 8890:2007. This standard allows the use of fibers as the sole reinforcement for the components. However, only steel fibers are allowed. Despite the possibility that fibers can provide a potential higher durability compared to the conventionally reinforced concrete pipes, there is also the possibility of extension of the pipe lifetime by the use of polymeric fibers. This kind of fiber is resistant to electrolytic corrosion and, nowadays, is available in the Brazilian market. The remaining doubt is if these fibers can provide the same mechanical performance of steel fibers. Thus, this work has the main objective of carried out a comparative evaluation of the mechanical performance of polymeric fibers and steel fibers reinforcement for drainage concrete pipes. In order to enable these assessments, a verification of mechanical performance was made through the crushing test, where the diametric displacement of the pipes was also measured. In addition, tests were made in order to measure the concrete water absorption, the fiber actual consumption determination in cores extracted from the pipes, and compressive strength determination. The results showed that the polymeric macrofibers did not reach satisfactory performance, especially regarding to the residual post-crack strength. Only the steel fiber reinforced concrete pipes were able to fit the requirements, which had twice the post-crack residual strength presented by the polymeric fibers with the same content by volume. Thus, the fibers reinforced concrete pipes with diameter of one meter, used in this experimental program, showed difficult to obtaining the post-cracking behavior, which turns difficult the approval in the Brazilian standard criteria. So, the pipes reinforced with polymeric fibers could only possibly reach the load levels specified for post-crack strength by the use of a higher content or an increased length of fibers, which would turns much more difficult the concrete pipes production.

O Brasil necessita de uma ampla implantação de sistemas de saneamento básico, como os de águas pluviais e, principalmente, coleta e tratamento de esgoto. Para resolver este problema pode ser interessante o emprego de tubos de concreto. Apesar de recente, o estudo de tubos de concreto reforçados com fibras já possibilitou a revisão da norma brasileira NBR 8890:2007 que prevê a utilização das fibras como único reforço do componente. No entanto, apenas fibras de aço são permitidas. Apesar de terem um potencial de durabilidade maior do que os tubos convencionalmente armados, ainda há a possibilidade de ampliar sua vida útil se forem utilizadas macrofibras poliméricas, que são resistentes à corrosão eletrolítica e hoje se encontram disponibilizadas no mercado Nacional. A dúvida que permanece é se essas fibras conseguem apresentar o mesmo desempenho mecânico das fibras de aço. Assim, esta dissertação de mestrado tem por objetivo principal realizar uma avaliação comparativa de desempenho mecânico das macrofibras poliméricas e das fibras de aço destinadas ao reforço de tubos de concreto para obras de saneamento básico. De forma a possibilitar estas avaliações foi feita uma verificação de desempenho por meio do ensaio de compressão diametral, com controle de deslocamentos, em tubos de concreto reforçados com fibras. Complementarmente, foram feitos o ensaio de absorção de água, a determinação do teor de fibra incorporado ao concreto por meio de testemunhos extraídos dos tubos e o ensaio de compressão axial em corpos-de-prova moldados. Os resultados demonstraram que as macrofibras poliméricas não obtiveram desempenho mecânico satisfatório, principalmente no que se refere à resistência residual pós-fissuração do tubo. Tal desempenho só foi obtido com a utilização de fibras de aço, o qual apresentou o dobro da capacidade resistente residual das macrofibras poliméricas para o mesmo teor em volume. Dessa forma, os tubos de concreto de 1 m de diâmetro reforçado com fibras, analisados neste estudo, apresentaram dificuldade de obtenção do desempenho pós-fissuração, o que dificultou a aprovação nos critérios da NBR 8890:2007. Assim, para que estes tubos pudessem atingir as cargas especificadas nesta norma seria preciso aumentar o teor ou o comprimento das fibras, o que iria dificultar a moldagem dos tubos. / Brazil requires a wide deployment of systems for drainage and, especially, sewage collection and treatment. To resolve this issue may be interesting the use of concrete pipes. Although recent, the study of fiber reinforced concrete pipes has already enabled the revision of the Brazilian standard NBR 8890:2007. This standard allows the use of fibers as the sole reinforcement for the components. However, only steel fibers are allowed. Despite the possibility that fibers can provide a potential higher durability compared to the conventionally reinforced concrete pipes, there is also the possibility of extension of the pipe lifetime by the use of polymeric fibers. This kind of fiber is resistant to electrolytic corrosion and, nowadays, is available in the Brazilian market. The remaining doubt is if these fibers can provide the same mechanical performance of steel fibers. Thus, this work has the main objective of carried out a comparative evaluation of the mechanical performance of polymeric fibers and steel fibers reinforcement for drainage concrete pipes. In order to enable these assessments, a verification of mechanical performance was made through the crushing test, where the diametric displacement of the pipes was also measured. In addition, tests were made in order to measure the concrete water absorption, the fiber actual consumption determination in cores extracted from the pipes, and compressive strength determination. The results showed that the polymeric macrofibers did not reach satisfactory performance, especially regarding to the residual post-crack strength. Only the steel fiber reinforced concrete pipes were able to fit the requirements, which had twice the post-crack residual strength presented by the polymeric fibers with the same content by volume. Thus, the fibers reinforced concrete pipes with diameter of one meter, used in this experimental program, showed difficult to obtaining the post-cracking behavior, which turns difficult the approval in the Brazilian standard criteria. So, the pipes reinforced with polymeric fibers could only possibly reach the load levels specified for post-crack strength by the use of a higher content or an increased length of fibers, which would turns much more difficult the concrete pipes production.

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Cabral.pdf: 3395466 bytes, checksum: fd4c4f0c180b73882037492c04c7fed7 (MD5) Previous issue date: 2017-10-18 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The mechanical behavior of asphalt mixtures of the Asphalt Concrete (CA) type was studied with the use of Calcined Clay Sintered Aggregate (ASAC), as a coarse aggregate, modified by graphene multilayer nanomaterial, and the effect of the samples aging on the mechanical performance. The purpose of this study was to analyze the mechanical performance of this alternative aggregate, the impact of the addition of graphene multilayer nanomaterials in the asphalt mixtures to be used in asphalt paving works in the city of Manaus, and also to demonstrate the importance of the aging in this process. In the composition of the CA were used the 50/70 asphalt binder, commercialized in the Amazon Region, the Manaus, sand as a fine aggregate, and the Portland cement, as the filer. All of these materials were physically characterized according to SUPERPAVE. The following materials were analyzed: 1) the reference mixture (without use of graphene multilayers and aged); 2) mixture with graphene multilayers aged, and 3) mixture without the graphene multilayers and unaged. It was determined the mechanical performance of these composites according to the Diametral Compressive Tensile Strength (RT) and Resilience Modulus (MR) tests. In the RT tests, the specimens of the three types of mixtures were subjected to temperatures of 25 °C, 40 °C and 60 °C. For MR, in particular, the mechanical behavior was studied at temperatures of 25 °C and 40 °C. The results showed that in the tensile strength test, there was an increase in RT values with the addition of graphene at temperatures of 25 ° C and 40 ° C. As far as the reference mixture is concerned, the values obtained from RT exceed the minimum set by the standard, and the unaged mixture did not obtain that minimum. Thus, the aged composites (reference material and graphene) meet the technical requirements, with increasing the mechanical performance with the addition of graphene multilayers to the aged blends, about 9.8% at 25 ° C and 8.1% at 40 ° C. Aging gives mixtures a 63% increase in RT compared to the unripe at 25 ° C, 97% at 40 ° C and 50% at 60 ° C. Regarding the Resilience Modulus, the tests showed that there was an increase in MR values, in the mixture with the addition of graphene nanomaterial and, for the three mixtures, there is maintenance of values, with the variation of the percentage of RT, which means that all composites studied are not very susceptible to temperature variation, with satisfactory mechanical resistance. It is demonstrated, therefore, that the ASAC aggregate has technical feasibility to be used in asphalt paving, that the multilayer nanomaterial of graphene shows itself as promising modifying material in this field, and that the aging process is essential in the execution of the asphalt mixtures. / Estudou-se o comportamento mecânico de misturas asfálticas do tipo Concreto Asfáltico (CA), com o emprego de Agregado Sinterizado de Argila Calcinada (ASAC) como agregado graúdo, modificada por nanomaterial de multicamadas de grafeno, e o efeito do envelhecimento das amostras no desempenho mecânico. Teve-se como intuito a análise da performance mecânica desse agregado alternativo, o impacto da adição do nanomaterial de multicamadas de grafeno nas misturas asfálticas a serem utilizadas em obras de pavimentação asfáltica no Município de Manaus, e também demonstrar a importância do envelhecimento nesse processo. Participaram desse compósito asfáltico, o ligante asfáltico 50/70, comercializado na Região Amazônica, a areia Manaus, como agregado miúdo, e o cimento Portland, utilizado como filer. Todos esses materiais foram caracterizados fisicamente, com as dosagens estabelecidas de acordo com a SUPERPAVE. Foram analisados os seguintes materiais: 1) mistura referência (sem utilização de multicamadas de grafeno e envelhecida); 2) mistura com multicamadas de grafeno envelhecida; 3) mistura sem as multicamadas de grafeno e não envelhecida. Determinou-se o desempenho mecânico desses compósitos de acordo com os ensaios de Resistência à Tração por Compressão Diametral (RT) e Módulo de Resiliência (MR). Nos testes de RT os corpos de prova dos três tipos de misturas foram submetidos às temperaturas de 25°C, 40°C e 60°C. Para o caso do MR, em particular, estudou-se o comportamento mecânico às temperaturas de 25°C e 40°C. Os resultados mostraram que no ensaio de Resistência à Tração, houve incremento nos valores de RT com a adição do grafeno nas temperaturas de 25°C e 40°C. No que concerne a mistura de referência, os valores obtidos de RT superam o mínimo estabelecido por norma e a mistura não envelhecida não obteve resultados dentro do mínimo necessário. Desse modo, os compósitos envelhecidos (referência e grafeno) atendem às exigências técnicas, notando-se aumento do desempenho mecânico com a adição das multicamadas de grafeno às misturas envelhecidas, cerca de 9,8% a 25°C e 8,1% a 40°C. O envelhecimento confere às misturas 63% de aumento da RT em relação às não envelhecidas à 25°C, 97% à 40°C e 50% a 60°C. No tocante ao Módulo de Resiliência, os ensaios demonstraram que houve incremento nos seus valores para mistura com a adição do nanomaterial grafeno e para as três misturas há manutenção de valores, com a variação da porcentagem da RT, o que significa que todos os compósitos estudados são pouco susceptíveis à variação da temperatura, com resistência mecânica satisfatória.Verifica-se que o agregado ASAC possui viabilidade técnica para ser empregado na pavimentação asfáltica, que o nanomaterial de multicamadas de grafeno mostra-se como material modificador promissor nesse ramo e que o processo de envelhecimento é essencial na execução das misturas asfálticas.

The excitation mechanism of trapped diametral acoustic modes within a rectangular cavity-duct system is investigated both numerically and experimentally. The asymmetry inherent within the rectangular geometry introduces a preferred orientation, ensuring the excited diametral modes remain stationary. Three separate cavities are manufactured and tested. This included two asymmetric rectangular cross-sections and one symmetric square cavity. Experimental results indicate that the aeroacoustic responses of the three cavities are dominated by the strong excitation of trapped diametral modes. Numerical simulations indicate that the resolved radial acoustic particle velocity distributions are non-uniform at the upstream separation edge where the formation of vortical structures is initiated. As the cavity became smaller, and more asymmetric, the trapped nature of the acoustic modes decreased with an accompanied increase in the radiation losses and reduction in pulsation amplitude. Observations of the aeroacoustic measurements show evidence of three unique modal behaviours. The first case is the independent excitation of a single stationary mode where specific circumferential sections of the shear layer were excited and initiating the formation of vortical disturbances. These circumferential sections, and distribution of disturbances, were akin to the excited mode shape. The second case involved simultaneous excitation of two stationary modes. This suggested that the shear layer was exciting two modes simultaneously. Neighbouring circumferential sections, at the initial region of the shear layer, were being excited independently and at different resonant frequencies. Finally, a spinning trapped acoustic mode was observed in the symmetric square cavity. Due to the spinning nature, the excited circumferential portions and formation of vortices were non-uniform and rotated with the spinning acoustic mode. This resulted in the formation of a three-dimensional helical structure. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Em nível microscópico, as rochas apresentam microdefeitos que agem como concentradores locais de tensão, favorecendo a ocorrência de ruptura frágil. O entendimento desse processo requer análises experimentais em rochas submetidas a tensões de tração. O ensaio de compressão diametral é uma alternativa apropriada, pois não apresenta as dificuldades envolvidas no ensaio de tração direta. A propagação de microfissuramento em materiais frágeis produz liberação de energia na forma de ondas elásticas chamadas de emissões acústicas (EA). O monitoramento com EA permite acompanhar a propagação de dano no corpo de prova (CP), sem perturbá-lo. Nesta pesquisa, CPs de mármore e monzogranito são submetidos a ensaios de compressão diametral com deslocamentos monotônicos e cíclicos, com controle de deslocamento. Aplica-se a técnica de EA, em conjunto com análises petrográficas, análises das curvas de força versus deslocamento e exame visual, para caracterizar o seu processo de microfissuramento. A localização tridimensional das fontes de EA foi realizada inicialmente utilizando-se o software AEwin&#174; da PASA. Foi desenvolvido um programa de localização aprimorado que incorpora o cálculo da velocidade de propagação das ondas (vp) média para cada instante em que uma fonte é localizada. O novo programa (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) mostra um claro decréscimo da velocidade de propagação com o aumento do dano. O programa desenvolvido (CLAPWaVe) mostrou melhor ajuste e maior coerência com a literatura e com a condição final rompida dos CPs do que o software AEwin. Em mármore e monzogranito o microfissuramento se inicia a 25-30% e 75-85% do carregamento de pico, respectivamente, e localiza-se na vizinhança do centro do CP. Em ambas as rochas se acumulou, também, dano na região dos apoios do CP, associado à transferência de carregamento do berço ao CP. Antes do pico de carregamento, o microfissuramento tornou-se mais denso e localizado no centro e nos apoios do CP, embora a região central ainda concentre a maior parte. Após o pico, o microfissuramento acumulou-se em uma das faces do CP, progredindo até a outra face. O monzogranito apresentou ruptura progressiva do CP, enquanto que no mármore a maior parte da superfície de ruptura já está desenvolvida imediatamente após o pico. Durante o ensaio em ambas as rochas, no núcleo central foram registradas as menores velocidades vp do CP. Na região dos apoios, embora tenha havido microfissuramento, registraram-se as maiores velocidades vp no CP, pois o confinamento produzido pelo contato com o berço aumentou localmente a rigidez do CP. A distribuição não homogênea de vp no CP revelou que a consideração desse parâmetro como constante e igual à condição intacta ao longo do ensaio, como comumente encontrado na literatura, não representa a condição real do CP danificado. O microfissuramento no monzogranito se propaga principalmente através dos cristais de quartzo, seguindo um caminho tortuoso subparalelo à direção de carregamento e liberando altos níveis de energia absoluta. No mármore, a propagação segue os planos de clivagem da calcita, liberando níveis baixos de energia absoluta. Os histogramas da distribuição espacial da resistência em ambas as rochas mostraram bom ajuste a uma distribuição de Weibull, porém o monzogranito mostrou melhor ajuste e menor variabilidade que o mármore. As análises dos sinais no domínio das frequências mostraram que o microfissuramento é caracterizado por emissões de banda larga. / At microscopic level, rocks exhibit microflaws, which act as local stress concentrators, favoring the occurrence of brittle failure. The understanding of this process requires experimental analyses of rock specimens under tensile stresses. The diametral compression test is an adequate alternative for such a studies, because it does not present the difficulties of direct tension tests. Crack propagation in brittle materials releases energy as transient elastic waves known as acoustic emission (AE). Monitoring with AE enables an insight into the cracking process without affecting the integrity of the sample. In this work, marble and monzogranite specimens were subjected to monotonic and cyclic displacementcontrolled diametral compression tests. The AE monitoring technique was applied in conjunction with petrographic analyses, interpretation of the load versus displacement curves and visual examination of the samples for the characterization of their cracking process. The three-dimensional localization of the AE sources was initially carried out by using the software AEwin&#174; from PASA. An improved localization software, which considers the P-wave velocity variation along the damage process (vp) for each AE source was developed. The developed software (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) has shown greater consistency with literature and the final cracked samples and better accuracy than AEwin. Microcracking in monzogranite and marble initiated at 25-30% and 75-80% of the peak load, respectively, and is located at the center of the specimen. In addition, both rocks showed concentrated microcracking close to the region of contact between the specimen and the loading platens, related to the loading transference along the loading edge. Before peak load, microcracking becomes denser and localized at the center and the contact region of the specimen, although, the central region still concentrates the main portion of the damage. After the peak load, new microcracks were first concentrated on one of the faces at the center of the specimen and then propagated through its thickness all the way to the other face. The progressive failure in monzogranite extended through to the end of the test, while in marble the main portion of the failure surface of the specimen developed just after peak. During the whole test in both rocks, the lowest velocities (vp) of the specimen were recorded in the central core. Although microcracking was induced at the contact region, the highest velocities vp of the specimen were registered there, because of the confinement effect produced by the platens, which lead to a local increase in the stiffness of the specimen. The non-homogeneous distribution of vp in the specimen has revealed that the utilization of this parameter as a constant and equal to the value measured in the specimen before testing (as usually adopted in the literature), does not represent the real condition of the damaged specimen. In monzogranite, microcracks propagate mainly through quartz crystals, following a tortuous path subparallel to the loading direction, by releasing high-level of absolute energy, while in marble the propagation of microcracks follows the cleavage planes of calcite, by releasing low-level of absolute energy. The histograms of spatial strength distribution in both rocks have shown good adjustment to a Weibull distribution, but monzogranite exhibited a more accurate adjustment with lower variability than marble. The analysis of signals in the frequency domain showed that the microcracking is characterized by wide band emissions.

Em nível microscópico, as rochas apresentam microdefeitos que agem como concentradores locais de tensão, favorecendo a ocorrência de ruptura frágil. O entendimento desse processo requer análises experimentais em rochas submetidas a tensões de tração. O ensaio de compressão diametral é uma alternativa apropriada, pois não apresenta as dificuldades envolvidas no ensaio de tração direta. A propagação de microfissuramento em materiais frágeis produz liberação de energia na forma de ondas elásticas chamadas de emissões acústicas (EA). O monitoramento com EA permite acompanhar a propagação de dano no corpo de prova (CP), sem perturbá-lo. Nesta pesquisa, CPs de mármore e monzogranito são submetidos a ensaios de compressão diametral com deslocamentos monotônicos e cíclicos, com controle de deslocamento. Aplica-se a técnica de EA, em conjunto com análises petrográficas, análises das curvas de força versus deslocamento e exame visual, para caracterizar o seu processo de microfissuramento. A localização tridimensional das fontes de EA foi realizada inicialmente utilizando-se o software AEwin&#174; da PASA. Foi desenvolvido um programa de localização aprimorado que incorpora o cálculo da velocidade de propagação das ondas (vp) média para cada instante em que uma fonte é localizada. O novo programa (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) mostra um claro decréscimo da velocidade de propagação com o aumento do dano. O programa desenvolvido (CLAPWaVe) mostrou melhor ajuste e maior coerência com a literatura e com a condição final rompida dos CPs do que o software AEwin. Em mármore e monzogranito o microfissuramento se inicia a 25-30% e 75-85% do carregamento de pico, respectivamente, e localiza-se na vizinhança do centro do CP. Em ambas as rochas se acumulou, também, dano na região dos apoios do CP, associado à transferência de carregamento do berço ao CP. Antes do pico de carregamento, o microfissuramento tornou-se mais denso e localizado no centro e nos apoios do CP, embora a região central ainda concentre a maior parte. Após o pico, o microfissuramento acumulou-se em uma das faces do CP, progredindo até a outra face. O monzogranito apresentou ruptura progressiva do CP, enquanto que no mármore a maior parte da superfície de ruptura já está desenvolvida imediatamente após o pico. Durante o ensaio em ambas as rochas, no núcleo central foram registradas as menores velocidades vp do CP. Na região dos apoios, embora tenha havido microfissuramento, registraram-se as maiores velocidades vp no CP, pois o confinamento produzido pelo contato com o berço aumentou localmente a rigidez do CP. A distribuição não homogênea de vp no CP revelou que a consideração desse parâmetro como constante e igual à condição intacta ao longo do ensaio, como comumente encontrado na literatura, não representa a condição real do CP danificado. O microfissuramento no monzogranito se propaga principalmente através dos cristais de quartzo, seguindo um caminho tortuoso subparalelo à direção de carregamento e liberando altos níveis de energia absoluta. No mármore, a propagação segue os planos de clivagem da calcita, liberando níveis baixos de energia absoluta. Os histogramas da distribuição espacial da resistência em ambas as rochas mostraram bom ajuste a uma distribuição de Weibull, porém o monzogranito mostrou melhor ajuste e menor variabilidade que o mármore. As análises dos sinais no domínio das frequências mostraram que o microfissuramento é caracterizado por emissões de banda larga. / At microscopic level, rocks exhibit microflaws, which act as local stress concentrators, favoring the occurrence of brittle failure. The understanding of this process requires experimental analyses of rock specimens under tensile stresses. The diametral compression test is an adequate alternative for such a studies, because it does not present the difficulties of direct tension tests. Crack propagation in brittle materials releases energy as transient elastic waves known as acoustic emission (AE). Monitoring with AE enables an insight into the cracking process without affecting the integrity of the sample. In this work, marble and monzogranite specimens were subjected to monotonic and cyclic displacementcontrolled diametral compression tests. The AE monitoring technique was applied in conjunction with petrographic analyses, interpretation of the load versus displacement curves and visual examination of the samples for the characterization of their cracking process. The three-dimensional localization of the AE sources was initially carried out by using the software AEwin&#174; from PASA. An improved localization software, which considers the P-wave velocity variation along the damage process (vp) for each AE source was developed. The developed software (Crack Location by Acoustic emission with P Wave Velocity determination, CLAPWaVe) has shown greater consistency with literature and the final cracked samples and better accuracy than AEwin. Microcracking in monzogranite and marble initiated at 25-30% and 75-80% of the peak load, respectively, and is located at the center of the specimen. In addition, both rocks showed concentrated microcracking close to the region of contact between the specimen and the loading platens, related to the loading transference along the loading edge. Before peak load, microcracking becomes denser and localized at the center and the contact region of the specimen, although, the central region still concentrates the main portion of the damage. After the peak load, new microcracks were first concentrated on one of the faces at the center of the specimen and then propagated through its thickness all the way to the other face. The progressive failure in monzogranite extended through to the end of the test, while in marble the main portion of the failure surface of the specimen developed just after peak. During the whole test in both rocks, the lowest velocities (vp) of the specimen were recorded in the central core. Although microcracking was induced at the contact region, the highest velocities vp of the specimen were registered there, because of the confinement effect produced by the platens, which lead to a local increase in the stiffness of the specimen. The non-homogeneous distribution of vp in the specimen has revealed that the utilization of this parameter as a constant and equal to the value measured in the specimen before testing (as usually adopted in the literature), does not represent the real condition of the damaged specimen. In monzogranite, microcracks propagate mainly through quartz crystals, following a tortuous path subparallel to the loading direction, by releasing high-level of absolute energy, while in marble the propagation of microcracks follows the cleavage planes of calcite, by releasing low-level of absolute energy. The histograms of spatial strength distribution in both rocks have shown good adjustment to a Weibull distribution, but monzogranite exhibited a more accurate adjustment with lower variability than marble. The analysis of signals in the frequency domain showed that the microcracking is characterized by wide band emissions.