Neste trabalho foi realizada a caracterização de um poliuretano derivado de óleo vegetal para ser utilizado na confecção de dispositivos de assistência ventricular, DAVs. Esses dispositivos são muito importantes na área cardiovascular, pois, possuem a função de suprir a falha dos ventrículos direitos ou esquerdo do coração durante o bombeamento em casos de transplante. Para que esse material seja apto para ser utilizado, precisa-se ter propriedades mecânicas, térmicas e biológicas compatíveis com as necessidades médicas da área cardiovascular. Neste estudo foram utilizadas as técnicas de ensaio mecânico de tração e compressão, as técnicas termoanalíticas DMA, TGA, DSC, bem como espectroscopia de absorção na região do infravermelho. Para os ensaios biológicos foram feitos os teste de tempo de coagulação sanguínea (método Lee White) e o estudo de crescimento celular acompanhado por análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos mostraram que o poliuretano possui propriedades que não comprometem sua utilização na confecção dos DAVs. Com relação às análises térmicas, os resultados obtidos pelas curvas DMA mostraram que o poliuretano aumenta seu grau de cura e sua rigidez com o tratamento térmico. As curvas TG e as TG/DSC-FTIR mostram que o poliuretano é termicamente estável e não libera nenhum tipo de substância prejudicial ao ser humano até a temperatura de 200°C, viabilizando uma condição de serviço satisfatória a temperatura corpórea entre 36ºC e 40°C. Os testes biológicos demonstraram que o poliuretano possui potencial para ser utilizado em dispositivos médicos que entram em contato com o sangue, tornando-se necessários estudos para a sua total comprovação de ser um material hemocompatível. / In this study the characterization of a polyurethane derived from vegetable oil was studied for the use in the production of ventricular assistance devices, VADs. These devices are very important in the cardiovascular area, therefore they have the function of supplying the failure of the right or left ventricles of the heart while pumping in transplants. For this material to be used in this application, it must have mechanical, thermal and biological properties compatible with the medical require of the cardiovascular area. In this study was to used the techniques of mechanical tensile and compressive, the thermoanalytical techniques such as DMA, TGA, DSC and absorption spectroscopy in the infrared region. The biological analysis were the test of blood coagulation time (Lee White method) and the study of cellular growth measured by scanning electron microscopy (SEM). The results obtained in the mechanical tests showed that the polyurethane has properties that do not compromise their use in the production of VADs. In relation the thermal analysis of the results obtained by DMA, the curves showed that the polyurethane increases its cure and rigity degrees with thermal treatment. The TG and TG/DSC-FTIR curves showed that the polyurethane is thermally stable does not release any prejudicial substances to the human body until the temperature of 200°C, enabling a satisfactory service condition to body temperature between 36 and 40°C. The biological tests showed that the polyurethane has the potential to be used in medical devices that come into contact with blood, however it\'s needing more studies for its full proof of being a hemocompatible material.

Com vistas ao seu emprego na confecção de implantes de tendões flexores para a mão, foi realizado um estudo in vitro das propriedades mecânicas da poliuretana elastomérica derivada do óleo da mamona. Corpos de prova, de formato e dimensões adequados ao estudo, estabelecidos pela norma ASTM 638, foram recortados de placas de poliuretana, obtidas pela polimerização de seus componentes básicos, o poliol Q 160 e o pré-polímero FN 329, na forma pura e associada a fios de poliéster longitudinalmente colocados no seu interior, dispostos paralelamente entre si, ou trançados, em número variando de um a sete, com incrementos de dois, segundo o grupo experimental. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de tração em máquina universal de ensaios, tendo sido analisados os parâmetros força de 1) resistência à ruptura, 2) tensão máxima, 3) deformação (alongamento), 4) resiliência e 5) módulo de elasticidade. Para cada grupo foram testados três corpos de prova e, dos valores obtidos para cada parâmetro individualmente, foi obtida uma média para execução da análise estatística. Os resultados mostraram que a associação da poliuretana com os fios de poliéster faz diminuir a capacidade de deformação da poliuretana pura, aumentando sua força de resistência, a tensão máxima, a resiliência e o módulo de elasticidade, propriedades cujos valores numéricos aumentam com o incremento do número e com o trançar dos fios, tendo sido muito significante com cinco e sete fios. Concluiu-se que, na forma associada, a poliuretana derivada do óleo da mamona constitui um material adequado para a confecção de implantes de tendão, passivos ou ativos. / With a view to using it to make flexor tendon implants for hand surgery, an in vitro study on the mechanical properties of the elastomeric poliurethane derived from castor oil was carried out. Dumb bell shaped specimens, of appropriate dimensions, as established by ASTM 638 standard, were cut out from poliurethane plaques, obtained by the polimerisation of its basic components, the Q 160 poliol and FN 329 prepolymer, either plain and combined with palallel or embroidered polyester threads, which varied from one to seven, at increments of two, according to the group. The specimens were submitted to traction in a universal testing machine and tested for the parameters 1) resistance to rupture, 2) maximal tension, 3) deformation (elongation), 4) resilience and 5) modulus of elasticity. Three specimens were tested per group and an average was calculated so as to allow for statistical analysis. The results showed that the combination with the polyester threads decreases the capacity of deformation of the polyurethane, at the same time that increases its resistance, maximal tension, resilience and modulus of elasticity, the values of these properties increasing in direct proportion to the number of threads, being higher for five and seven threads and for the embroidered threads. lts was concluded that when combined with the polyester threads, the polyurethane derived from castor oil is an adequate material to make either passive or active flexor tendon implants for hand surgery.

Atualmente, a madeira ainda é o material mais usado nas cruzetas das redes aéreas de distribuição de energia elétrica no Brasil, o que vem causando problemas às companhias distribuidoras de energia elétrica quanto a: (i) degradação devida a defeitos e a ataques de fungos e de insetos, (ii) aumento dos custos operacionais, para a substituição das peças danificadas e (iii) problemas ambientais, uma vez que a matéria-prima está se tornando escassa e apresenta restrições ambientais. Nesse sentido, estudos vêm sendo realizados visando a substituição da madeira por outros materiais, tais como aço, concreto e materiais poliméricos reforçados com fibras. Embora os materiais termoplásticos com função estrutural sejam de uso bastante recente, quando comparados com madeira, concreto ou metais, vários fatores contribuem para sua utilização (e.g., o alto consumo energético na produção do aço e do cimento e a abundância de material plástico com custo competitivo). Diante disso, este trabalho tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma cruzeta de polímero reciclado, de modo que ela seja comercialmente competitiva e que apresente vantagens quando comparada com as demais cruzetas existentes no mercado, tais como peso reduzido, facilidade de instalação e possibilidade de retorno de parte do capital investido, uma vez que, quando danificadas, o material pode ser novamente reciclado. Para tanto, realizou-se uma análise das propriedades geométricas de possíveis seções transversais para as cruzetas. Uma vez definidas as seções mais adequadas, foram feitos modelos reduzidos de cruzetas poliméricas e ensaios experimentais, cujos resultados foram validados por análise numérica feita com o programa ANSYS. Constatou-se que os modelos numéricos desenvolvidos representaram de forma satisfatória o comportamento verificado nos ensaios e comprovaram a viabilidade de empregar os polímeros reciclados em cruzetas e em outros elementos estruturais. Entretanto, com era de se esperar, será necessário melhorar algumas de suas características, tais como a resistência e a rigidez. / Nowadays, wood is still the most used material in crossarms of aerial power distribution lines in Brazil. However, it has caused problems to power utilities concerning (i) degradation due to defects and attacks of fungi and insects, (II) higher operational costs to replace damaged pieces and (III) environmental problems, as the raw material has become scarce and presented environmental restrictions. In this sense, studies have been conducted aiming to replace wood by other materials, such as steel, concrete and polymeric materials reinforced with short fibers. Although thermoplastic materials with structural function have a recent use, when compared to wood, concrete or metals, several factors contribute to their application (e.g., high energetic consumption in the production of steel and cement and the abundance of plastic material with competitive cost). Therefore, this work aims contribute to the development of a recycled polymer crossarm, to be commercially competitive, with advantages over the ones existing in the market, such as lower weight, easiness of installation and possibility of recovering part of the invested capital, when damaged, the material can be recycled again. An analysis of the geometric properties of possible transversal sections for the crossarms was conducted. After defining the most adequate sections, reduced models of polymeric crossarms and experimental tests were made. The results were validated by numerical analysis performed by ANSYS. The numerical models developed satisfactorily represented the behavior verified in the tests, proving the viability of using the recycled polymers in crossarms and other structural elements. However, as expected, some of their characteristics, such as resistance and stiffness, must be improved.

No curso de sua missão, um veículo espacial é submetido a ambientes severos de vibrações e ruído. É portanto imperativo que um conjunto de meios de ensaio simule no solo as condições ambientais ligadas à vida do veículo. Durante a realização de ensaios mecânicos de cargas úteis espaciais, a resposta de numerosos sensores, na sua maioria acelerômetros, extensômetros e microfones, é analisada através de sistemas de aquisição e processamento que garantem o condicionamento e a amostragem dos sinais, e o tratamento dos dados. A aquisição e o tratamento dos dados de ensaios mecânicos realizados no Instituto de Aeronáutica e Espaço têm sido efetuados pelo sistema General Radio modelo 2515, que é um sistema antigo e que não vem proporcionando plena satisfação. Isto motivou a elaboração deste trabalho que reúne os resultados do estudo sobre a especificação do novo sistema de aquisição e processamento de dados que será utilizado nos ensaios de vibração mecânica especificados pela norma MIL-STD-810 e ensaios de análise modal realizados no Instituto.

O presente trabalho tem por objetivo estudar e desenvolver uma argamassa polimérica de características elastoméricas utilizada na fabricação dos chamados "lábios poliméricos" para juntas de dilatação elásticas. Esta argamassa é formada por um pré-polímero de uretano, cargas minerais, pigmento, solvente e agente de cura amínico. Com intuito de estudar esta argamassa, foram realizados ensaios mecânicos como: resistência à tração, alongamento, compressão e dureza, de modo a se compararem os resultados obtidos aos de uma argamassa elastomérica similar. Também são estudadas as propriedades dinâmico-mecânicas do elastômero e da argamassa pela Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA). Estes ensaios têm por objetivo comprovar que a amina aromática líquida, ETHACURE 300, utilizada como agente de cura neste trabalho pode substituir, a amina aromática MOCA, que é a mais utilizada mundialmente na obtenção de elastômeros de alto desempenho, mas que, no entanto, é sólida à temperatura ambiente, o que a torna inadequada para trabalhos em campo, além de ser agente cancerígeno. Devido aos diversos problemas com adesão apresentados pelo concreto, um outro objetivo deste trabalho é comprovar o aumento da adesão ao concreto através de aditivos com base em compostos organo-silânicos. Para compreender melhor a atuação destes aditivos os mecanismos de adesão da argamassa elastomérica ao concreto, também foram estudados. A argamassa elastomérica, alvo deste estudo, demonstra apresentar flexibilidade, alongamento, baixa perda por abrasão e cura no mínimo duas vezes mais rápida em relação à argamassa epoxídica, utilizadas para o mesmo fim. Este trabalho também demonstra que o ETHACURE 300 pode substituir o MOCA, pois apresenta propriedades mecânicas e dinâmico-mecânicas (DMTA) similares. Por outro lado, verifica-se o aumento da adesão da argamassa ao concreto, em até 94 %, com o uso de aditivos promotores de adesão com base em compostos organo-silânicos.

Devido ao fato de uma das limitações do processo de soldagem por atrito ("Friction Stir Welding - FSW") ser a necessidade da retirada de todo e qualquer acabamento superficial sob a junta (tais como camada anodizada, revestimentos orgânicos e camada "clad"), durante o processo de junção este acabamento superficial pode ser conduzido para o interior da junta, cujas conseqüências previstas são uma considerável queda nas propriedades mecânicas finais e introdução de eletrólitos (redução da resistência à corrosão). Objetivando alcançar a máxima produtividade e redução de peso que este processo de junção pode proporcionar, as juntas de alumínio "clad" 2524-T3 foram intencionalmente unidas de topo pelo processo de soldagem por atrito "Friction Stir Welding". Para tanto, foram projetados dois protótipos de ferramentas, com dimensões e geometrias específicas do pino e "ombro" de modo a minimizar o transporte do alumínio puro (liga 1231) presente nas camadas de "clad" para o interior da junta. Observações metalográficas das juntas FSW produzidas, antes e após os ensaios mecânicos, constataram que houve a condução do "clad" para o interior do metal de solda (região do "nugget"), com conseqüente redução nas propriedades mecânicas. O modo de falha previsto pelas literaturas para a junta FSW, sob esforços mecânicos (estáticos e dinâmicos), é a ocorrência de ruptura entre as zonas termomecanicamente afetada e a termicamente afetada. Neste trabalho, todas as juntas de topo Alclad 2524-T3 unidas por "Friction Stir Welding" romperam no metal de solda ("nugget") após ensaios estáticos (tração) e dinâmicos (vida em fadiga). Análises metalográficas revelam várias faixas de alumínio puro conduzidas pela ferramenta FSW durante a junção, que atuam com planos preferenciais para a nucleação e propagação da trinca de ruptura. De fato, estas faixas de alumínio puro procedentes da camada de "clad" superficial possuem propriedades mecânicas até 30% inferiores ao valor similar no metal de solda ("nugget").

O presente trabalho teve como objetivo estudar o desenvolvimento de ligas ternárias NiTiAg. Foi desenvolvido um procedimento de elaboração para essas ligas via fusão a arco, e produzidos lingotes com teores de Ag variando de 0,18 % a 2,23 % peso Ag, com relação Ni:Ti 1:1. Foram utilizadas análises químicas por EDX e FRX, bem como análises térmicas por DSC para avaliar os lingotes produzidos. Caracterizações microestruturais foram feitas por microscopia de luz visível, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios X. O efeito memória de forma e a superelasticidade das ligas NiTiAg foram avaliados a partir de dados de ensaios mecânicos, e as durezas Vickers dessas ligas também foram medidas. O procedimento de elaboração desenvolvido é composto por uma etapa de fusão e 3 etapas de refusão para homogeneização química. Avaliando os lingotes produzidos, foi possível ver que o procedimento aplicado na fusão é eficaz para produzir lingotes com teores de Ag menores que 1,44 % em peso, os quais se apresentaram com boa homogeneidade química. A liga com 2,23 % peso Ag apresentou segregações superficiais, o que levou a concluir que a dissimilaridade entre os metais que compõe a liga determina o limite de Ag a ser acrescido por fusão a arco. Macroestruturalmente, as ligas são idênticas, uma influência do processo de elaboração e solidificação. Microestruturalmente, essas ligas são compostas por uma matriz de NiTi, a qual pode estar na fase austenítica ou martensítica a depender do teor de Ag, e de partículas de Ag elementar dispersas aleatoriamente na matriz. A Ag influência as transformações martensíticas reduzindo todas as temperaturas de transformação, bem como a entalpia de reação, sobretudo da transformação direta. Existe ainda a indução de fase R devido a solução sólida substitucional que a Ag faz com o Ti. A recuperação de forma das Ligas NiTiAg é influenciada pela presença das partículas de Ag na matriz, a qual tende a reduzir a recuperação de forma, sendo que a liga com 0,18 % peso Ag apresenta recuperação próxima a de uma liga NiTi binária. A dureza das Ligas NiTiAg depende do teor de Ag, sendo o estado termodinâmico da matriz e a quantidade de partículas de Ag os fatores preponderantes para a, dureza final do material. Em suma, conclui-se que as Ligas NiTiAg com baixo teor de Ag podem ser produzidas por fusão a arco, que a Ag influencia as transformações de fase reduzindo as temperaturas características por fazerem solução sólida com o Ti, enriquecendo a matriz de NiTi em Ni, bem como a recuperação de forma das mesmas, nesse caso uma influência das partículas de Ag..

Este trabalho apresenta um estudo sobre a técnica de dopagem em agregados química e mineralogicamente deficientes e tem como objetivo demonstrar que se houver a dopagem de agregados, ainda que haja o limitante das respectivas resistências destes materiais, eles poderão vir a ser utilizados em grandes obras com pleno êxito. A técnica apresenta-se como uma solução para a problemática de disponibilidade de bens minerais, atualmente em declínio em virtude de problemas de sustentabilidade ambiental, de zoneamentos restritivos e de usos competitivos do solo, tornando preocupantes as perspectivas de garantia de suprimento futuro. Por meio da impregnação inicial do agregado com aglomerantes de alto desempenho foi possível modificar sua textura, estabelecer ponte de ligação entre ele e a matriz do concreto e criar carapaça de proteção e reforço, atingindo-se fc28 = 60 MPa nos concretos lateríticos dopados. A eficiência da técnica foi avaliada comparando-se propriedades mecânicas e microestruturais de concretos não dopados (referência) e dopados. Para tanto, foram realizados ensaios de resistências à compressão, à tração por compressão diametral e à tração na flexão, absorção de água por imersão e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados demonstraram ser possível melhorar agregados graúdos deficientes por meio da dopagem e obter concretos de comportamento comparável ou até superior a concretos usualmente considerados como de bom desempenho. Ainda que seja um estudo inicial, a técnica de dopagem revela-se promissora, com expectativa de uso em agregados normalmente considerados inadequados para concretos estruturais. / This thesis presents a study on the doping technique in aggregates disabled chemical and mineralogical and aims to demonstrate that with the technique, although there is a resistances limitation, these aggregates could be used with success in large projects. The doping technique is presented as a solution to the minerals availability problem, currently declining due to environmental sustainability problems, restrictive zoning and land competing uses, fact that worries the future supply security. By impregnating initial of the aggregate with high performance binders was possible to modify its texture, to establish a bridge between it and the concrete matrix and create shell protection and enhancement, reaching fc28 = 60 MPa in lateritic doped concrete. Mechanical and microstructural properties of reference concretes and doped concretes were compared to evaluate the doping efficiency. Testing of compressive strength, tensile strength by diametrical compression and tensile strength in bending, water absorption by immersion and scanning electron microscopy were performed. The results indicate that deficient coarse aggregates can be improved by the doping technique and it is possible to obtain specific behavior comparable or even superior to concrete usually considered to be of good performance. Although it is an initial study, the doping technique seems to be promising, with expected use in aggregates considered unsuitable for structural concrete.

Pesquisas recentes têm mostrado que a utilização de camada de reforço em solo-cimento é uma alternativa para o aumento da capacidade de carga e redução dos recalques de fundações superficiais em solos de baixa resistência. Os métodos para previsão da capacidade de carga em sistemas de dupla camada encontrados na literatura trazem implícita a premissa de que a camada superior é contínua ou suficientemente maior que a largura da fundação. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver um novo método para o cálculo de capacidade de carga de fundações superficiais assentes sobre uma camada de reforço em solo-cimento, considerando sua extensão lateral. Para tanto, foram realizados ensaios em modelos reduzidos de fundações contínuas assentes sobre um solo arenoso fofo, bem como, análises numéricas através do método dos elementos finitos. Observaram-se dois tipos distintos de ruptura. No primeiro, a camada de reforço é puncionada para dentro do solo natural, sem apresentar fissuras, até o deslocamento correspondente à capacidade de carga do solo natural No segundo, após um recalque inicial, a camada de reforço rompe com o aparecimento de uma fissura, que pode localizar-se junto à borda ou no eixo da fundação, e se propaga de baixo para cima, à medida que aumentam os recalques. Verificou-se que a máxima tensão de tração na camada de reforço é função da reação do solo na base do reforço e da relação Tr/Hr, onde Tr é a distância horizontal entre a borda da fundação e a borda do reforço e Hr é a espessura do reforço. A partir destas observações, foi desenvolvido um novo método de cálculo com a premissa de que a ruptura ocorra no solo e não na camada de reforço. Assim, é possível calcular a capacidade de carga considerando que fundação e reforço atuam como um elemento único, apoiado na mesma profundidade de assentamento do reforço. Ao mesmo tempo, é apresentada uma equação para previsão da máxima tensão de tração que atuará no reforço, a partir da qual, se pode dimensioná-lo com segurança. / Recent researches have shown that the use of soil-cement reinforcement layer is an alternative to increase bearing capacity and reduce settlements of shallow foundations in low resistance soils. The existing methods for predicting bearing capacity of double layer systems implicitly assume that the top layer is continuous or sufficiently greater than the foundation width. This study aims to develop a new method for bearing capacity calculation of shallow foundations supported by a soil-cement reinforcing layer, considering its lateral extension. Therefore, small scale tests of continuous foundations on a loose sandy soil, as well as, numerical analysis by the finite element method were carried out. It was observed two distinct types of failure. In the first, the reinforcement layer is punched through the sandy soil, without showing any cracking, up to a settlement which corresponds to the sand bearing capacity. In the second, after an initial settlement, the reinforcement layer breaks up, showing a fissure, which may be located near the edge or the axis of foundation, and propagates upward as the settlements continues. It was found that the maximum tensile stress in the reinforcement layer is a function of soil reaction on the reinforcement and the ratio Tr/Hr, where Tr is the horizontal distance between the edge of the foundation and the edge soil-cement layer and Hr is the thickness of the soil-cement layer. From these observations, it was developed a new calculation method, with the assumption that the failure occurs in the soil and not in the reinforcement layer. Thus, it is possible to calculate the bearing capacity considering that foundation and reinforcement act as a single element, supported at the same depth of the reinforcement base. In order to design the soil-cement layer, an equation for the maximum tensile stress prediction is provided.

Os ensaios mecânicos são mundialmente empregados para caracterização e implementação de diversos materiais. Dentre a vasta gama de ensaios existentes, o ensaio de impacto convencional é consagrado no meio científico, industrial e na indústria do óleo e gás onde a sua função básica é determinar a energia total absorvida na fratura de um corpo-de-prova entalhado conforme as recomendações da norma ASTM E23. Entretanto, a energia global absorvida possui um valor de uso muito limitado e ela normalmente não é aceita como um indicador quantitativo da resistência à fratura do material. Assim, com a utilização de uma máquina de ensaios de impacto instrumentada, torna-se possível a aquisição de um maior número de informações obtidas através de um ensaio de impacto clássico, como por exemplo, o estudo detalhado da integridade estrutural de materiais utilizados na fabricação de dutos. Desta maneira, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a tenacidade de um duto de aço API 5L X70 sem costura, com 11 polegadas de diâmetro externo e ½ polegada de parede, frente a uma falha dinâmica, através da tenacidade a fratura, comparando carregamento estático com dinâmico através dos resultados de J0,2 e Jm. Entretanto a tenacidade a fratura é consideravelmente afetada para altas taxas de deformação, com redução de aproximadamente 30% nas amostras com orientação de entalhe X-Y (defeito lateral passante) e de aproximadamente 40% nas amostras com orientação de entalhe X-Z (defeito superficial), demostrados através do JΔinit. / Mechanical testing are worldwide employed for materials characterization and implementation. Among the large group of the existing tests, the conventional impact test has been used for industry and academic fields, especially oil and gas engineering in order to evaluate the energy absorbed of a notched sample, according to the ASTM E23 standard. However, the energy absorbed has a limited use and is not usually accepted as a quantitative indicator of the fracture thougness. Thus, by using an instrumented impact test, there will be an increasing in the amount of information obtained than the traditional impact test and, thefore, a detailed study of the structural integrity of materials can be carried out for manufacturing of pipes. Hence, this study aims to characterize a pipe steel API 5L X70 seamless, with 11 inches outside diameter and ½ inche of wall, against dynamic failure through fracture toughness, comparing static loading with dynamic through the results of J0,2 and Jm. However, fracture toughness is considerably affected at high deformation rates, with a reduction of approximately 30% in X-Y notch (through thickness defect) and approximately 40% in X-Z notch (surface defect) samples, demonstrated for JΔinit.