O trabalho dedica-se ao estudo das torres eólicas protendidas de concreto, com a finalidade de promover a discussão sobre os critérios de dimensionamento, tema de grande relevância na atualidade. Para tal, foi considerada uma torre eólica de 100 m de altura provida de turbina de 5 MW, cujas ações foram obtidas da literatura. O carregamento de vento ao longo da torre foi tratado como estático equivalente de acordo com disposições normativas, através de uma forma simplificada para a adoção de uma velocidade de projeto equivalente à incidente no rotor. Com base na literatura, apenas as condições mais críticas foram adotadas no dimensionamento. As combinações entre os carregamentos e os coeficientes parciais de segurança foram delineados a partir do método dos estados limites, o qual se encontra amplamente difundido em normas de projeto. Os esforços e deslocamentos na torre foram obtidos pelo método dos elementos finitos com discretização em elementos finitos unidimensionais, considerando as não linearidades física e geométrica por intermédio do acoplamento de um programa comercial de elementos finitos com algoritmo desenvolvido em linguagem MATLAB, que tanto define as diversas geometrias de cada elemento ao longo da torre (seção variável), como obtém para cada um: a armadura ativa longitudinal a partir de perdas de protensão recalculadas, o diagrama momento-curvatura-força normal, e a armadura passiva longitudinal escalonada, que é otimizada durante o processo do dimensionamento. Quanto à resistência ao esforço cortante das seções anulares, foi proposto um modelo que apresentou boa concordância com os resultados experimentais obtidos na literatura. Além dos concretos convencionais, é discutido o estado-da-arte do concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras, CUADRF, tratando sobre seu desenvolvimento histórico, composição, diferentes tipos, propriedades mecânicas, aplicações, recomendações para projeto e as simplificações adotadas quanto ao seu uso nas torres eólicas. Ao final foram realizadas análises paramétricas relativas à geometria e à classe de concreto para dois tipos de torres: em tronco de cone e de variação parabólica. Uma das principais conclusões do trabalho é que a otimização da área de aço passivo ocorre de forma sistemática para as torres de frequência natural mais baixa, tornando indispensável o uso de um modelo não linear para o correto dimensionamento. Além disso, as torres obtidas foram comparadas através do custo material total, constatando-se que as torres mais econômicas possuíam variação parabólica. Isso permitiu aferir um valor inicial para o qual o uso do CUADRF em torres eólicas passaria a ser competitivo. / The work is dedicated to the study of prestressed wind towers of concrete, in order to promote discussion on the design criteria, highly relevant topic today. For this purpose, it was considered a wind tower 100 m high provided with 5 MW turbine, whose actions were obtained from the literature. The wind loading along the tower was treated as static equivalent in accordance with design codes, through a simplified way for the adoption of a design speed equivalent to that incident on the rotor. Based on the literature, only the most critical conditions were adopted in the design. The combinations between loads and partial safety factors were outlined by the limit states method, which is widespread in design standards. The forces and displacements in the tower were obtained by the finite element method with discretization in frame elements, through material and geometric nonlinearities. This was done through coupling of a commercial finite element program with algorithm developed in MATLAB language, which defines both the various geometries of each element along the tower (variable section), and obtains for each: prestressing reinforcement from recalculated prestressing losses, the moment-curvature-normal diagram, and the stepped longitudinal passive reinforcement that is optimized during the design process. For the shear strength of the annular sections, a model that showed good agreement with the experimental results obtained in the literature was proposed. In addition to conventional concrete, the state-of-the art of ultra-high performance fiber reinforced concrete, UHPFRC, is discussed, dealing on its historical development, composition, different types, mechanical properties, applications, recommendations for design and simplifications adopted on its use in wind towers. At the end were performed parametric analyzes of the geometry and the concrete class for two types of towers: frustoconical and with parabolic variation. One of the main conclusions is that the optimization of passive steel area occurs systematically to the lower natural frequency towers, making it essential to use a nonlinear model for proper design. Moreover, the towers obtained were compared with the total material cost, having noticed that most economical towers had parabolic variation for the constraints here imposed. This allowed the assessment of an initial value for which the use of UHPFRC in wind turbine towers would be competitive.

[pt] O uso de todos os tipos de amianto na construção civil tem diminuído drasticamente devido a problemas sérios de saúde associados a sua manipulação. De fato é previsto banir totalmente o seu uso, dentro de um curto espaço de tempo, nos países desenvolvidos bem como nos em desenvolvimento. Na necessidade de se encontrar um substituto adequado para o amianto, tem-se pesquisado compósitos de argamassa reforçada com fibras vegetais e polpas celulósicas. Devido ao processo de polpação, que remove as impurezas não celulósicas, como a lignina e a hemicelulose, diminuindo o ataque às fibras, sem a necessidade de recorrer a modificações na matriz cimentícia, as polpas celulósicas podem ser o substituto ideal para o amianto. Assim sendo, o principal objetivo desta dissertação é determinar experimentalmente as características mecânicas e os parâmetros de fratura de compósitos de matriz cimentícia reforçada por polpa de bambu refinada e sem refino. As polpas celulósicas foram utilizadas nas porcentagens de 8 e 14 por cento em relação à massa do cimento, porcentagens estas que, conforme a literatura, são associadas à otimização da energia absorvida no ensaio de flexão. A avaliação do comportamento mecânico dos compósitos considerados neste trabalho foi realizada através de ensaios de compressão e impacto, bem como de flexão em três pontos em espécimes não entalhados e em outros contendo entalhes de raios de curvatura diferentes. Propriedades mecânicas, tais como módulo de elasticidade, resistência à compressão, ao impacto e à flexão, bem como integral J na carga máxima, são apresentadas e discutidas em termos de aspectos microestruturais e fractográficos dos corpos de prova ensaiados. / [en] As handling and manipulation of asbestos pose grave health hazards, its use in civil construction has been drastically dwindling and will in fact be completely prohibited, in a few years, in developed countries. With the need arising to find an adequate substitute, vegetable fibers and cellulosic pulps have been considered to be viable alternatives. Taking into account the fact that the process for pulp production entails the removal of impurities, such as lignin and hemicellulose, cellulosic pulps seem to be the ideal substitute to asbestos, as their use does not necessitate modifications in the cementitious matrix. Accordingly, the purpose of this work is to experimentally determine basic mechanical characteristics and pertinent fracture parameters of bamboo pulp reinforced cement. Refined and non-refined pulps were used in the proportions of 8 and 14 percent of the weight of dry cement. These percentages were adopted as they imply, according to literature, in optimizing the energy absorbed by the composite in bend loading. Evaluation of the mechanical behavior of the composites considered in this work was realized by means of compression and impact testing. Three point bend tests were also carried out using unnotched as well as notched specimens of different notch root radii. Mechanical properties such as modulus of elasticity, compressive, impact and bend strengths, and J integral at maximum load are presented and discussed in terms of pertinent microstructural and fractographic aspects of test specimens.

O trabalho dedica-se ao estudo das torres eólicas protendidas de concreto, com a finalidade de promover a discussão sobre os critérios de dimensionamento, tema de grande relevância na atualidade. Para tal, foi considerada uma torre eólica de 100 m de altura provida de turbina de 5 MW, cujas ações foram obtidas da literatura. O carregamento de vento ao longo da torre foi tratado como estático equivalente de acordo com disposições normativas, através de uma forma simplificada para a adoção de uma velocidade de projeto equivalente à incidente no rotor. Com base na literatura, apenas as condições mais críticas foram adotadas no dimensionamento. As combinações entre os carregamentos e os coeficientes parciais de segurança foram delineados a partir do método dos estados limites, o qual se encontra amplamente difundido em normas de projeto. Os esforços e deslocamentos na torre foram obtidos pelo método dos elementos finitos com discretização em elementos finitos unidimensionais, considerando as não linearidades física e geométrica por intermédio do acoplamento de um programa comercial de elementos finitos com algoritmo desenvolvido em linguagem MATLAB, que tanto define as diversas geometrias de cada elemento ao longo da torre (seção variável), como obtém para cada um: a armadura ativa longitudinal a partir de perdas de protensão recalculadas, o diagrama momento-curvatura-força normal, e a armadura passiva longitudinal escalonada, que é otimizada durante o processo do dimensionamento. Quanto à resistência ao esforço cortante das seções anulares, foi proposto um modelo que apresentou boa concordância com os resultados experimentais obtidos na literatura. Além dos concretos convencionais, é discutido o estado-da-arte do concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras, CUADRF, tratando sobre seu desenvolvimento histórico, composição, diferentes tipos, propriedades mecânicas, aplicações, recomendações para projeto e as simplificações adotadas quanto ao seu uso nas torres eólicas. Ao final foram realizadas análises paramétricas relativas à geometria e à classe de concreto para dois tipos de torres: em tronco de cone e de variação parabólica. Uma das principais conclusões do trabalho é que a otimização da área de aço passivo ocorre de forma sistemática para as torres de frequência natural mais baixa, tornando indispensável o uso de um modelo não linear para o correto dimensionamento. Além disso, as torres obtidas foram comparadas através do custo material total, constatando-se que as torres mais econômicas possuíam variação parabólica. Isso permitiu aferir um valor inicial para o qual o uso do CUADRF em torres eólicas passaria a ser competitivo. / The work is dedicated to the study of prestressed wind towers of concrete, in order to promote discussion on the design criteria, highly relevant topic today. For this purpose, it was considered a wind tower 100 m high provided with 5 MW turbine, whose actions were obtained from the literature. The wind loading along the tower was treated as static equivalent in accordance with design codes, through a simplified way for the adoption of a design speed equivalent to that incident on the rotor. Based on the literature, only the most critical conditions were adopted in the design. The combinations between loads and partial safety factors were outlined by the limit states method, which is widespread in design standards. The forces and displacements in the tower were obtained by the finite element method with discretization in frame elements, through material and geometric nonlinearities. This was done through coupling of a commercial finite element program with algorithm developed in MATLAB language, which defines both the various geometries of each element along the tower (variable section), and obtains for each: prestressing reinforcement from recalculated prestressing losses, the moment-curvature-normal diagram, and the stepped longitudinal passive reinforcement that is optimized during the design process. For the shear strength of the annular sections, a model that showed good agreement with the experimental results obtained in the literature was proposed. In addition to conventional concrete, the state-of-the art of ultra-high performance fiber reinforced concrete, UHPFRC, is discussed, dealing on its historical development, composition, different types, mechanical properties, applications, recommendations for design and simplifications adopted on its use in wind towers. At the end were performed parametric analyzes of the geometry and the concrete class for two types of towers: frustoconical and with parabolic variation. One of the main conclusions is that the optimization of passive steel area occurs systematically to the lower natural frequency towers, making it essential to use a nonlinear model for proper design. Moreover, the towers obtained were compared with the total material cost, having noticed that most economical towers had parabolic variation for the constraints here imposed. This allowed the assessment of an initial value for which the use of UHPFRC in wind turbine towers would be competitive.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:13:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese parte1 Fabricia Rocha Chaves Miotto.pdf: 8322893 bytes, checksum: e402e3e9bcec9054d69df88cb3b48403 (MD5) Previous issue date: 2011-08-18 / This study aimed to evaluate intake, apparent digestibility of nutrients and nitrogen balance (NB) of diets containing babassu mesocarp bran (BMB) in replacement of elephant grass silage (0, 21, 38, 62 and 78%). Twenty sheep were placed in metabolism crates and allotted to a completely randomized design with four replicates. Were collected and recorded food intake and excretion of feces and urine. The intakes of dry matter (DM), organic matter (OM), crude protein (CP), ash, neutral detergent fibrous (NDF), acid detergent fibrous (ADF), hemicellulose and total carbohydrates were not affected by experimental diets. Change was observed in the intakes of non fibrous carbohydrates (NFC) and reduced intake of ether extract (EE) as % of live weight (%LW) and grams per unit of metabolic weight (g/UMW). The total digestible nutrients TDN intake had a quadratic response with maximum points at 37.3 and 37.9% of BMB when expressed in % LW and g/UMW, respectively. The apparent digestibilities of OM, NDF, ADF, CP and NFC reduced to the extent that the BMB has increased in the diets. The digestibility of DM, EE, and NFC had a quadratic response, where the maximum digestibility of DM was estimated at 10% BMB. TDN decreased 0.28% for each percentage point of inclusion in the diets of BMB. The BMB use reduces the fibrous fractions digestibility, but increases the NFC and TDN intake, indicating that this byproduct can be used as an energy source for ruminant diets. Note: Thesis w/seven chapters. Presented summary and abstract of the 2nd chapter / Objetivou-se avaliar consumo, digestibilidade aparente de nutrientes e balanço de nitrogênio (BN) de dietas contendo farelo de mesocarpo de babaçu (FMB) em substituição à silagem de capim elefante (0; 21; 38; 62 e 78%). Utilizaram-se 20 ovinos alojados em gaiolas metabólicas individuais e distribuídos em delineamento inteiramente casualisado com quatro repetições. Foram coletados e registrados o consumo de alimentos e excreções de fezes e urina. Os consumos de matéria seca (MS), matéria orgânica (MO), proteína brutua (PB), cinza, fibra em detergente neutro (FDN), fibra em detergente ácido (FDA), hemicelulose e carboidratos totais não foram influenciados pelas dietas experimentais. Foi observada alteração nos consumos de carboidratos não fibrosos (CNF) e redução nos consumos de extrato etéreo (EE) em % do PV e em gramas por unidade de tamanho metabólico (g/UTM). O consumo de nutrientes digestíveis totais (NDT) teve comportamento quadrático com pontos de máximo em 37,3 e 37,9% de FMB expressos em %PV e g/UTM, respectivamente. As digestibilidades aparentes da MO, FDN, FDA, PB e CNF reduziram na medida em que o FMB aumentou nas dietas. A digestibilidade da MS, EE e CNF tiveram comportamento quadrático, em que a máxima digestibilidade da MS foi estimada com 10% de FMB. O NDT reduziu 0,28% para cada ponto percentual de inclusão de FMB nas dietas. O uso do FMB reduz a digestibilidade de frações fibrosas, contudo aumenta o consumo de CNF e o consumo de NDT, o que indica que esse subproduto pode ser utilizado como fonte energética para dietas de ruminantes. OBS: Tese c/ sete capítulos. Apresentado resumo e abstract do 2° capítulo.

Compósitos verdes são caracterizados por possuir matriz polimérica e reforço derivado de fontes naturais. Polímeros derivados do petróleo não são biodegradáveis e possuem solventes orgânicos na sua composição. Solventes orgânicos são tóxicos e poluentes. A poliuretana derivada do óleo de mamona é derivada de fonte renovável, biodegradável e não possui solventes orgânicos em sua composição. A casca de pinhão é um resíduo do pinhão, semente do pinheiro de Paraná. O objetivo desse trabalho é desenvolver e caracterizar o compósito de casca de pinhão com PU derivada do óleo de mamona. A fibra foi caracterizada quimicamente, por FTIR, TGA e MEV. A PU foi caracterizada por ensaio de resistência à flexão, FTIR e TGA e os compósitos, por testes de densidade, absorção de água, inchamento em espessura, resistência à flexão de três pontos, FTIR e TGA. A superfície da fratura foi avaliada por MEV e a homogeneidade dos compósitos por perfil de densidade e raios-X. O compósito de 35%PU apresentou resistência à flexão de 51,55 MPa, densidade de 1018 kg/m³, absorção de água em 24 horas de 7,95% e inchamento em espessura em 24 horas de 5,36%. O material apresenta propriedades mecânicas apropriadas para uso em mobiliário e artesanato. / Polymeric composites reinforced with natural fibers are denominated green composites. Polymers comes from petroleum source, a non-biodegradable material and has volatile organic compounds, VOC, in its composition. Organic solvent are toxics and pollute the environment. The Polyurethane derived from castor oil is polymer produced from renewable sources, biodegradable material and there are no VOC in its composition. Araucária pine nut shell is a residue from its Araucaria pine seed. The aim of this work is to develop and characterize composites of pine nut shell with polyurethane derived from castor oil. The fiber was chemically characterized, thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). PU was characterized by flexural strength, FTIR and TGA and composites was characterizes by density test, water absorption and swelling in thickness, flexural strength, FTIR, TGA. SEM evaluated the fracture surface and X-ray and vertical density profile verified the composites homogeneity. 35%PU composites presented flexural strength of 51,55 MPa, density of 1018 kg/m³, 7,95% of 24h water absorption and 5,36% of 24h swelling in thickness of. The material exhibits properties suitable for use in furniture and handicrafts.