Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: Strain hardening cement‐based composites (SHCC) are fibre‐reinforced composites designed to form multiple fine cracks under tensile and flexural load. The cracks are controlled to small widths, whereby significant toughness, or energy dissipation, is realised on the one hand, and high resistance to gas and liquid ingress is maintained on the other hand. These two physical phenomena define application fields of SHCC, i.e. for instance elements of buildings and infrastructure for enhanced earthquake resistance, and protection of steel bars under service loads which lead to crack formation. Also exploiting the potential protection offered by SHCC to existing structures, thin overlays have been applied to existing dam faces, reinforced concrete retaining walls, water channels and RC road pavements. The layers vary between 20 and 40 mm in thickness. Considering the fibre length, usually 8 or 12 mm, as well as the application method, such thin layers may have dominantly two dimensional fibre orientation, with little or no component in the layer thickness direction. While several research groups have performed uniaxial tensile tests and flexural tests on SHCC specimens, little or no information is available on SHCC response to biaxial loading, as is to be expected in road pavement repair layers, or other repair layers. This paper reports the results of biaxial testing of 20 mm thick SHCC specimens produced in such a way to have dominantly two‐dimensional fibre orientation, and another group of specimens produced by cutting from larger specimens, whereby three‐dimensional fibre orientation was preserved in the resulting 20 mm thick specimens. Biaxial tests were performed in three quadrants, i.e. compressioncompression, compression‐tension, and tension‐tension. A clear fibre orientation‐related difference in the failure patterns involves out‐of‐plane splitting under biaxial compression of specimens with twodimensional fibre orientation, at significantly lower load, as opposed to in‐plane tensile splitting of specimens containing three‐dimensional fibre orientation. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Vervormingsverhardende sement‐gebaseerde saamgestelde materiale (SHCC) is veselversterke saamgestelde materiale wat ontwerp is om verskeie fyn krakies te vorm onder trekspanning en buig spanning. Die kraakbreedtes word beheer, waardeur betekenisvolle taaiheid verkry, of energie verlies beheer word aan die een kant, en die hoë weerstand teen die gas en die vloeistof penetrasie aan die ander kant gehandhaaf word. Hierdie twee fisiese verskynsels definieer die toepassingsvelde van SHCC, d.w.s vir byvoorbeeld elemente van geboue en infrastruktuur vir verbeterde aardbewing weerstand, en die beskerming van staal stawe onder die dienslaste wat lei vorming te kraak. By eksploitasie van die potensiële beskerming aangebied deur SHCC aan bestaande strukture, is dun oorlae op bestaande dam walle, versterkte beton keermure, water kanale en staal‐versterkte beton paaie gebruik. Die SHCC lae wissel tussen 20 en 40 mm in dikte. Met inagneming van die vesel lengte, gewoonlik 8 of 12 mm, sowel as die toepassingsmetode, kan so 'n dun lag ‘n oorheersend tweedimensionele vesel oriëntasie hê, met min of geen komponent in die rigting van die laag dikte nie. Terwyl verskeie navorsingsgroepe eenassige trektoetse en buigtoetse op SHCC monsters gedoen het; is daar min of geen inligting beskikbaar op SHCC se reaksie op biaksiale belasting, soos verwag kan word in die pad herstel lae, of ander herstel lae. Hierdie verslag rapporteer die resultate van die biaksiale toetsing van 20 mm dik SHCC monsters wat op so 'n manier gemaak word om dominante twee‐dimensionele vesel oriëntasie te hê, en 'n ander groep monsters wat deur die sny van groter monsters, waarvolgens die drie‐dimensionele vesel oriëntasie verseker is. Biaksiale toetse is uitgevoer in drie kwadrante, d.w.s druk‐druk, druk‐trek en trek‐trek. 'n Duidelike verskil in die falingspatrone, aan die hand van vesel oriëntasie, behels uit‐vlak splyting onder biaksiale toetsing van monsters met twee‐dimensionele vesel oriëntasie, op 'n aansienlik laer lading, in teenstelling met die in‐vlak trek splyting van monsters wat ‘n drie‐dimensionele vesel oriëntasie het.

A madeira foi largamente utilizada em edificações no período colonial brasileiro por sua abundância em variadas espécies e a facilidade de obtenção e adaptação aos fins previstos. Muitos destes imóveis ainda existem e abrangem a maior parte do patrimônio histórico e cultural de nossas cidades. Devido à degradação causada pelo tempo e a falta de manutenção adequada destes elementos estruturais, as edificações estão expostas ao risco de colapso. O objetivo deste trabalho foi sugerir um método de reabilitação parcial de vigas estruturais de madeira, pois se notou um problema recorrente nestes elementos em construções antigas pelo fato de acumularem umidade, serem alvos de patologias principalmente na parte superior. Para reabilitação empregamos madeiras de baixa densidade pela facilidade de compra desse material, baixo custo e principalmente por aderir muito bem a tratamento preservativo com CCB, o que garante que a estrutura estará protegida de novos ataques. Além das madeiras de baixa densidade tratadas, parafusos auto atarraxantes foram escolhidos para fazer a união entre as madeiras. Para os ensaios de flexão estática de 3 pontos foram adotados 4 diferentes tipos de parafusos variando o diâmetro e comprimento além disso, o número de parafusos inseridos nos corpos de prova também variou. Este estudo contém a análise de relação entre a quantidade de parafusos auto atarraxantes (que fazem a união das peças) e o produto de rigidez de peças mistas compostas de madeira referência (que simula a viga em estado de degradação) e madeira tratada (substituindo a porção degradada). Para a madeira referencia adotou-se Eucalipto (classe C30 de resistência) e Roxinho (classe C60) e, para madeira tratada adotou-se Pinus e Caxeta (de baixa densidade, ambas da classe C20). Análises estatísticas foram utilizadas para interpretação dos resultados obtidos em laboratório. Estas análises apontaram o crescimento do produto de rigidez das vigas mistas conforme a inserção de parafusos e a partir dai foi possível expressar em formulas a correlação dos dados. Utilizou-se o teste de Tukey para apontar o melhor tratamento para cada tipo de viga mista (Pinus e Eucalipto, Roxinho e Caxeta) além do melhor parafuso a se utilizar. / Wood was widely used in buildings in the Brazilian colonial period because of it is abundant in varied species and the ease of obtaining and adapting to intended purposes. Many of these properties still exist and cover most of historical and cultural heritage of Brazilian cities. Due to the degradation caused by the weather and lack of adequate maintenance of these structural elements, buildings are exposed to risk of collapse. The objective of this work was to suggest a method of partial rehabilitation of structural timber beams, since a recurrent problem was observed in these elements in old constructions due to accumulation of humidity, being targets of pathologies mainly in their upper part. For rehabilitation we use low density wood because of ease to purchasing this material, low cost and mainly for adhering very well to condom treatment with CCB, which ensures that the structure will be protected from further attacks. In addition to the treated low density woods, self-tapping screws were chosen to make union between woods. For tests, 4 different types of screws were used, varying diameter and length, and number of screws inserted in the specimens also varied. This study contains an analysis of relationship between the number of self-tapping screws (which make the joining of pieces) and the rigidity product of composite pieces of reference wood (which simulates beam in degraded state) and treated wood (replacing degraded portion). Eucalyptus (class C30 of resistance) and Roxinho (class C60) were used for reference wood, and Pinus and Caxeta (low density, both of class C20) were used for treated wood. Statistical analyzes were used to interpret results obtained in laboratory. These analyzes indicated growth of product of flexural stiffness according to insertion of screws and from this it was possible to express in formulas a correlation of data. Tukey test was used to indicate the best treatment for each type of mixed beam (Pinus and Eucalyptus, Roxinho and Caxeta) as well as the best screw to be used.

Diante da evolução da composição das resinas compostas e do lançamento de compósitos do tipo bulk fill, faz-se necessário o estudo do desempenho dessa nova classe de materiais. Para isso, o presente estudo teve como objetivo avaliar propriedades como grau de conversão (GC) , dureza Knoop (KHN), resistência à flexão (RF) e tenacidade à fratura (KIC) de sete compósitos bulk fill (EverX Posterior, EXP; Filtek Bulk Fill Flow, FBFF; Fill-Up!, FU; SonicFill, SF; Surefil SDR, SDR; Tetric EvoCeram Bulk Fill, TECBF; Venus Bulk Fill, VBF) e um compósito nanohíbrido convencional (Charisma Diamond, CD). De forma complementar, foi realizado tratamento térmico a 170 °C por 10 minutos para melhor compreensão do comportamento desses materiais quanto ao potencial de conversão e à indução de tensões na interface carga/matriz. A avaliação do GC (n=3) foi realizada através de espectroscopia FTIR, a leitura da dureza Knoop foi realizada nas superfícies do topo e da base (n=3), e os ensaios de RF de três pontos (n=10) e KIC (n=10) em máquina de ensaios universais. Os resultados obtidos foram submetidos à analise de variância (complementados pelo teste de Tukey) ou teste Kruskal-Wallis, com nível de significância de 5%. A análise do GC (%) revelou diferença entre os materiais testados, sendo que todas as resinas bulk fill apresentaram valores maiores que a resina convencional: SF (75,7) > VBF (66,7) = EXP (66,4) = SDR (62,8), sendo esta também semelhante a FU (60,0); FU, TECBF (56,6), FBFF (56,6) e CD (54,5) apresentaram conversão semelhante. Os valores de KHN variaram de acordo com o material e com a superfície: apenas SF apresentou KHN semelhante (na superfície do topo) a CD, entretanto não foi possível realizar a leitura da superfície da base deste último material; SF, TECBF e FBFF apresentaram valores de KHN diferentes nas superfícies topo e base; EXP, FU, SDR e VBF mantiveram os valores de dureza do topo semelhantes à superfície da base. Para a RF (MPa), os resultados variaram de acordo com o material: EXP (122,54) = SF (101,09) = CD (99,15), sendo estes dois últimos semelhantes a FU (83,86) e TECBF (82,71), os quais não diferiram da resina SDR (65,18); esta última também mostrou comportamento semelhante a FBFF (60,85) e VBF (59,90). Quanto ao KIC (MPa.mm0,5), EXP (3,35) apresentou o maior valor, semelhante a SF (2,42), que por sua vez também foi igual ao compósito convencional CD (2,01); CD apresentou KIC semelhante a SDR (1,74); SDR = VBF (1,59) = TECBF (1,57); TECBF, FU (1,54) e FBFF (1,37) apresentaram valores semelhantes. Na dependência do material, o tratamento térmico aumentou os valores dos parâmetros estudados, apontando limitações da reação de polimerização dos compósitos estudados. Com base nos resultados obtidos, podese concluir que: resinas bulk fill apresentam elevado GC, superior à resina convencional estudada; a nova classe de materiais restauradores é capaz de polimerizar em profundidade e alguns materiais apresentam KHN semelhantes no topo e na base de espécimes de 4 mm de profundidade; RF e KIC variaram de acordo com o material, e o compósito EXP apresentou os maiores valores para ambos os testes. / Facing the evolution of the resin composites and the release of the bulk-fill composite type, it is necessary to study the performance of this new class of materials. For this, the present study aimed to evaluate properties such as degree of conversion (DC), Knoop hardness (KHN), flexural strength (FS) and fracture toughness (KIC) of seven bulk-fill composites (EverX Posterior, EXP; Filtek Bulk Fill Flowable, FBFF; Fill-Up!, FU; SonicFill, SF; Surefil SDR, SDR; Tetric EvoCeram Bulk Fill, TECBF; Venus Bulk Fill, VBF) and a conventional nanohybrid composite (Charisma Diamond, CD). Complementarily, heat treatment was performed at 170 °C for 10 minutes for better understanding the behavior of these materials. Evaluation of DC (n=3) was performed by FTIR spectroscopy, the evaluation of Knoop hardness was made on the top and bottom surfaces (n=3), and three point bending test (n=10) and KIC (n=10) were evaluated on a universal testing machine. The results were submitted to analysis of variance (complemented by Tukey test) or Kruskal-Wallis test with 5% significance level. Analysis of DC (%) revealed differences between tested materials, and all bulk-fill resins had higher values than the conventional resin: SF (75.7) > VBF (66.7) = EXP (66.4) = SDR (62.8), which was also similar to FU (60.0); FU, TECBF (56.6), FBFF (56.6) and CD (54.4) showed similar conversion. KHN values showed variations according to the material and the surface: only SF showed a similar KHN (on the top surface) to CD, however it was not possible to read the bottom surface of this latter material; SF, TECBF and FBFF presented different KHN values on the top and bottom surfaces; EXP, FU, SDR and VBF maintained top and bottom similar hardness values. For FS (MPa), the results varied according to the material: EXP (122.54) = SF (101.09) = CD (99.15), the latter two being similar to FU (83.86) and TECBF (82.71), which did not differ from SDR resin (65.18); the latter showed similar behavior to FBFF (60.85) and VBF (59.90). As for KIC (MPa.mm0.5), EXP (3.35) had the highest value, similar to SF (2.42), which in turn was also equal to the conventional composite CD (2.01); CD presented KIC similar to SDR (1.74); SDR = VBF (1.59) = TECBF (1.57); TECBF, FU (1.54) and FBFF (1.37) were similar. Depending on the material, heat treatment increased the values of the parameters, pointing limitations of polymerization reaction of the studied composites. Based on these results, it can be concluded that: bulk fill resins have high DC, higher than the conventional resin studied; the new class of restorative materials is capable of polymerizing in depth and some materials exhibited similar KHN at the top and bottom surfaces of 4 mm depth specimens; FS and KIC varied according to the material, and the EXP composite showed the highest values for both tests.

A substituição do aço pela armadura não metálica objetiva o aumento da durabilidade de estruturas sujeitas à corrosão e a campos eletromagnéticos. Mas, a inserção de um novo material na construção civil demanda especificação de sua composição, comportamento e procedimentos de sua utilização. Este trabalho analisa o comportamento à flexão de vigas de concreto armadas com barras não metálicas. Para esta finalidade foram realizados, uma revisão bibliográfica considerando os trabalhos publicados desde o início das pesquisas até os mais recentes e ensaios dos materiais e de vigas de concreto armado. Os ensaios de determinação das propriedades das barras da armadura não metálica de GFRP (glass fiber polymer – polímero reforçado com fibra de vidro) englobam a determinação do diagrama tensão-deformação e capacidade resistente. As vigas armadas com barras de GFRP foram ensaiadas à flexão em quatro pontos e os resultados comparados com o de uma viga armada com barras de aço CA-50 também ensaiada a flexão. Nos modelos pôde-se perceber a influência das propriedades das barras de GFRP no comportamento geral da estrutura. Por exemplo, as grandes deformações nas barras longitudinais e os deslocamentos dos modelos foram determinados pelo baixo módulo de elasticidade das barras de GFRP. É evidente a necessidade de continuação dos estudos envolvendo barras de GFRP. Estas pesquisas poderão desenvolver meios de se utilizar as propriedades do material em favor do melhor funcionamento da estrutura / Steel reinforcement replacement aims an increase at the durability of structures with corrosion and electrical magnetic problems. But, inserting a new material at the civil construction industry demands specifications of its composition, behavior and procedures for its utilization. This work is a flexural behavior analysis of reinforced concrete beams reinforced with GFRP bars. To make this, a technical literature research was made considering the pioneer until the most recent researches, and components and concrete reinforced beams tests were done. GFRP bars properties tests went from the determination of its strains X stress diagram to its tension resistance. GFRP reinforced beams were submitted to four points flexural tests and the results compared with a CA-50 steel reinforced beam also submitted to the flexural test. The specimens showed the influence of GFRP properties at the behavior of the structure. For example, longitudinal bars large strains and the large displacement of the beam were determined by GFRP bars low longitudinal elastic modulus. Continuing the studies evolving GFRP bars is certainly a need. New researches might be able to design a way to use the composite properties to improve the structure behavior

O presente estudo avaliou a adição de fibras cerâmicas de 0,5mm de diâmetro de Al2O3/GdAlO3 obtidas por fusão a laser (método LHPG - laser heated pedestal growth) em porcelanas de cobertura dos sistemas In Ceram Alumina, In-Ceram 2000 Al Cubes e In-Ceram 2000 YZ Cubes para CEREC (VITA Zahnfabrik). Barras confeccionadas apenas com a porcelana de cobertura (VM7 ou VM9 - monolayers) ou constituídas por ambas a cerâmica da infraestrutura e porcelana de cobertura (bilayers) receberam as fibras dispostas longitudinalmente nas proporções de 10 ou 17% vol. Barras que não receberam fibras serviram como controle dos grupos. Os corpos-de-prova (CP) com fibras assim como os do grupo controle foram submetidos a um teste de flexão em três pontos. Foram calculadas as médias para a densidade e resistência à flexão dos CP, assim como para as fibras isoladamente. A tenacidade à fratura das fibras também foi mensurada. Em todos os casos a análise de variância de um fator e o teste de Tukey com 5% de significância foram aplicados. Microscopia eletrônica de varredura foi utilizada para caracterização microestrutural das fibras e para estudo fractográfico. Foram realizadas análises de difratometria por raio-x dos materiais cerâmicos nos estados pré e pós-sinterização, assim como foram determinados os coeficientes de expansão térmico-linear das porcelanas de cobertura por dilatometria. Os CP monolayers da porcelana VM9 contendo fibras apresentaram, após a sinterização, trincas e falhas, o que impediu a continuidade dos testes com os grupos de cerâmicas do sistema In-Ceram 2000 YZ Cubes. Os CP com fibras adicionadas à porcelana VM7 em 17% vol. apresentaram resistência à flexão aumentada em 43% comparados aos CP do grupo controle, sem fibras. Nos grupos bilayers as fibras propiciaram aumento apenas numérico da resistência à flexão do conjunto, porém de forma não significante. / This study evaluated the addition of 0.5mm of diameter Al2O3/GdAlO3 fibers obtained by LHPG (Laser Heated Pedestal Growth) to veneering porcelains of the following materials: porcelain monolayers: VM7 and VM9; Bilayers: In-Ceram Alumina + VM7, In-Ceram 2000 AL Cubes + VM7 and In-Ceram 2000 YZ Cubes for CEREC + VM9 (VITA Zahnfabrik). The specimens (bars) were composed by only the veneer porcelain (monolayer) or both the veneer and the framework (bilayer). The new ceramic composites contained longitudinal fibers in 10 or 17% vol. Specimens without fibers were used as control. A metallic device was developed for the standardization of the fibers position inside the specimens. The means of the fracture toughness, density and flexural strength of the developed fibers were calculated as well as the density and flexural strength of the composites. One way ANOVA and a Tukey test (5%) were applied. Characterizations of fiber/porcelain interface and fractographyc analysis were carried out after scanning electronic microscopy (SEM) of bars. X-ray difratometry and dilatometry were also performed. Vm9 porcelain showed incompatibility with the fibers, probably due to differences between the coefficients of thermal expansion of fibers and porcelain. VM7 monolayers with the addition of 17% of fibers in volume showed significantly higher resistance in relation to control. It was concluded that the inclusion of ceramic fibers of Al2O3/GdAlO3 to veneer porcelain improves its flexural strength.

Objetivo: Analisar a influência da matriz orgânica, do conteúdo inorgânico e do tratamento térmico (TT) sobre diferentes propriedades de compósitos experimentais, tais como o grau de conversão (GC), tenacidade à fratura (KIC), resistência à flexão (RF) e módulo de elasticidade (ME). Métodos: Para o experimento foram analisadas seis formulações de compósitos experimentais com proporções molares de Bis-GMA:TEGDMA de 5:5 e 7:3, a carga utilizada foi o vidro de bário, nas concentrações de 30, 50 e 70% em peso, e os fotoiniciadores a amina e canforoquinona. O GC foi analisado através da espectroscopia no infra-vermelho (FTIR) (n=5). A KlC foi avaliada pelo método single-edge notched beam (SENB). As imagens das superfícies de fratura foram capturadas por um estereomicroscópio e a KlC calculada (n=10). A análise da RF e ME foi realizada através do teste dos três pontos (n=10). Para todos os fatores de variação estudados, metade dos espécimes imediatamente após à confecção receberam TT em estufa convencional, a 170º C por 10 minutos e a outra metade não. Após 24 horas, as amostras foram destinadas de acordo com os ensaios realizados. Os dados foram analisados utilizando ANOVA/Tukey para o grau de conversão, tenacidade à fratura e resistência à flexão, e, Kruskal-Wallis para o módulo de elasticidade (=5%). Resultados: Na análise do GC (%) foi observada significância estatística para os três fatores de variação analisados individualmente (monômero, carga e TT), como também, para a interação monômero x TT (p<0,001). Para a KIC e RF, as alterações significantes foram observadas apenas nos três fatores de variação (monômero, carga e TT) analisados individualmente (p<0,001). Para o ME, os fatores individuais (monômero, carga e TT), a interação carga x TT apresentaram significância estatística (p<0,001), bem como a interação monômero x carga (p=0,001). Conclusões: A matriz orgânica e o conteúdo inorgânico dos compósitos experimentais influenciaram o GC, a KIC, a RF e ME, e o TT promoveu melhorias nas propriedades estudadas. / Objective: To analyze the influence of organic matrix, the inorganic content and thermic treatment (TT) on different properties of experimental composites, such as the degree of conversion (DC), fracture toughness (KIC), flexural strength (FS) and elastic modulus (EM). Methods: This experiment analyzed six formulations of experimental composites with 5:5 and 7:3 molar proportions of Bis-GMA: TEGDMA. The load used was barium glass at concentrations of 30, 50 and 70% by weight and the photoinitiators, camphorquinone and amine. GC was analyzed by infrared spectroscopy (FTIR) (n=5). The KIC was evaluated by a \"single-edge notched beam\" (SENB). The images of the fracture surfaces were captured by a stereomicroscope and KIC calculated (n=10). The analysis FS and EM were performed by testing three points (n=10). For all the variation factors studied, half of the specimens immediately after the preparation received TT in conventional oven at 170º C for 10 minutes and the other half not. After 24 hours, the samples were designed according to the tests. Data were analyzed using ANOVA/Tukey the degree of conversion, fracture toughness and flexural strength, and Kruskal-Wallis test for the elastic modulus (=5%). Results: Analysis of GC (%) statistical significance was observed for the three variation factors analyzed individually (monomer, filler and TT), as well as for the interaction monomer x TT (p <0.001). For KIC and FS, significant changes were observed only in the three variation factors (monomer, filler and TT) analyzed individually (p<0.001). For EM, the individual factors (monomer, filler and TT) TT x filler interaction showed statistical significance (p <0.001), as well as the monomer x filler interaction (p = 0.001). Conclusions: The organic matrix and inorganic content of experimental composites influenced the GC, KIC, FS and EM, and the TT caused improvements in the properties studied.

Os objetivos deste estudo foram: 1) avaliar a resistência à flexão em três pontos de um compósito para uso direto (Filtek Z350 XT, 3M ESPE) e um para uso indireto (Signum, Heraeus, Kulzer) reforçados por uma ou duas camadas de fibras de polietileno (Ribbond -THM, Ribbond®) ou de vidro (Interlig, Ângelus) tratados termicamente (170°C por 10 minutos), comparados com os grupos controle (não reforçados por fibras e/ou não tratados termicamente; 2) avaliar a sorção, a solubilidade e a estabilidade de cor dos compósitos reforçados, após armazenamento em água destilada à 37°C por 14 dias. A estabilidade de cor foi avaliada com auxílio de um espectrofotômetro de contato dental (Vita EasyShade, Vident, CA, USA). Para o ensaio de resistência à flexão, foram confeccionados espécimes retangulares com dimensões de 12 x 2 x 2mm (n=10), com os seguintes fatores de variação: a) compósito (para uso direto ou indireto); b) tipo e número de camadas de fibras (vidro ou polietileno/uma ou duas camadas); c) submetidos ou não a tratamento térmico. O tratamento térmico foi realizado 24 horas após fotoativação em estufa à temperatura de 170°C por 10 minutos. O ensaio foi realizado 24 horas após fotoativação ou tratamento térmico. Para avaliação de sorção/solubilidade e estabilidade de cor, foram confeccionados espécimes em forma de disco com dimensões de 15 x 2mm (n=5), em que foram analisados os seguinte fatores: a) compósito (para uso direto ou indireto); b) tipo de fibra (vidro ou polietileno); c) número de camadas de fibras (uma ou duas). Foi realizada análise dos parâmetros de cor antes e após imersão em água deionizada por 14 dias. Os resultados foram analisados por ANOVA e teste de contraste de Tukey, com nível de significância de 5% e revelaram que a fibra de vidro, quando utilizada em duas camadas, propiciou os maiores valores de resistência à flexão para os dois compósitos testados (165,4 MPa Z350XT e 208,7MPa Signum ). O tratamento térmico não apresentou significância estatística quanto à resistência à flexão do compósito direto. Para o compósito para uso indireto (Signum ) foi encontrada diferença estatisticamente significante para o fator tratamento térmico, que indicou valores de resistência à flexão inferiores para os grupos tratados termicamente. O compósito para uso direto apresentou valor de sorção superior (33,6/cm3) ao do compósito para uso indireto (19,1/cm3). Para solubilidade, foi encontrada interação para os fatores compósito e tipo de fibra, indicando maiores valores para o compósito para uso direto associado à fibra de vidro. A análise de alteração de cor demonstrou maior valor de E para a fibra de polietileno (E =1,5) quando comparado à fibra de vidro (E=1,0). Concluiu-se que: 1) a adição de fibras propicia aumento dos valores de resistência à flexão de compósitos para uso direto e indireto, o aumento da resistência foi observado quando do uso de duas camadas de fibras; 2) o tratamento térmico à 170°C por 10 minutos não indicou melhora nas propriedades mecânicas dos compósitos reforçados; 3) adicionar fibras aos compósitos não aumentou os valores de sorção/solubilidade quando imersos em água; 4) Imersão em água não produziu alterações de cor relevantes para os compósitos reforçados com fibras se comparados aos sem fibras. / The aims of this study were: 1) to evaluate the flexural strength of one composite for direct use (Filtek Z350 XT, 3M ESPE) and one for indirect use (Signum, Heraeus, Kulzer) as a function of the reinforcement by one or two layers of polyethylene (THM-Ribbond, Ribbond ®) or glass fibers (Interlig, Angelus) submitted to heat treatment (170°C for 10 minutes) compared with control groups (not reinforced by fibers and/or not heat-treated; 2) evaluate water sorption, solubility and color stability of the reinforced composites, after storage in distilled water at 37°C for 14 days. Color stability was evaluated using a spectrophotometer (Vita Easyshade, Vident, CA, USA). For three point flexural bending test, rectangular specimens were prepared with dimensions of 12 x 2 x 2 mm (n=10), according to the following variation factors: a) composite (for direct or indirect use); b) type of fibers and number of layers (glass or polyethylene/one or two layers; c) subjected or not to heat treatment. The heat treatment was performed 24 hours after curing, in a furnace, at 170 ° C for 10 minutes. Tests were performed 24 hours after curing or heat treatment. To evaluate the water sorption/solubility and color stability, disc-shaped specimens were prepared with dimensions of 15 x 2 mm (n=5) according to the following variation factors: a) composite (for direct or indirect uses); b) fiber type (glass or polyethylene); c) number of fiber layers (one or two). Color parameters were analyze before and after immersion in deionized water for 14 days. The results were analyzed by ANOVA and Tukeys test with significance level of 5%, and indicated that the glass fiber when used in two layers, showed the highest flexural strength for the two tested composites (165.4 MPa - Z350XT and 208.7 MPa - Signum ). The heat treatment did not significantly affect the flexural strength of the direct composite. For the composite for indirect use (Signum ), a statistical significance for the factor heat treatment was found, indicating lower values of flexural strength for heat-treated groups. The composite for direct use showed higher water sorption value (33.6 /cm3) when compared to the composite for indirect use (19.1 /cm3). For solubility, a significant interaction was found for composite and fiber type, indicating higher values for direct composite and glass fiber. Color stability analysis showed higher color difference value for polyethylene fiber (E =1.5) when compared to glass fiber (E=1.0). It was concluded that: a) adding fibers increased the flexural strength values of the composites for direct or indirect use, the increase in strength was more pronounced when using two fiber layers; 2) heat treatment at 170 ° C for 10 minutes showed no improvement of the mechanical properties of fiber reinforced composites; 3) adding fibers to the composite did not increase the sorption/solubility after water immersion, 4) Immersion in water did not change the color of the fiber reinforced composites when compared with those without fibers.

Capítulo 1. Objetivos: Medir e comparar o perfil de tensão residual da cerâmica de recobrimento aplicada sobre infraestruturas em zircônia tetragonal policristalina estabilizada por ítria (Y-TZP), em um compósito de alumina/zircônia (ZTA) e em uma alumina policristalina (AL). Material e Métodos: Os perfis de tensão residual de cada um dos materiais foi medido por meio do método \"hole-drilling\" em discos de 19 mm de diâmetro e 2,2 mm de espessura (0,7 mm de infraestrutura + 1,5 mm de porcelana de cobertura) .Resultados: Os espécimes de AL exibiram tensões de compressão que aumentaram numericamente com a profundidade, enquanto que as tensões compressivas mudaram para tensões de tração no interior das amostras de Y-TZP. As amostras de ZTA exibiram tensões de compressão na superfície, decrescendo com a profundidade até 0,6 mm, tornando-se compressivas novamente próximo à infraestrutura. Conclusão: O ZTA não apresentou tensões de tração em nenhum ponto ao longo da espessura da cerâmica de recobrimento. A AL apresentou um perfil de tensão residual mais favorável, gerado pelas tensões compressivas. A Y-TZP apresentou o perfil mais desfavorável, por apresentar tensões de tração próximo à infraestrutura. Capítulo 2. Objetivos: 1) Comparar os coeficientes de susceptibilidade ao crescimento subcrítico (n), de uma zircônia tetragonal policristalina estabilizada por ítria, obtidos por meio de dois ensaios de fadiga: cíclica e dinâmica. 2) Verificar o efeito da frequência usada no ensaio de fadiga cíclica no tempo de vida característico. Material e Métodos: Espécimes em forma de barras (25 mm x 4 mm x 3 mm) foram confeccionadas de acordo com as recomendações do fabricante. Os ensaios de fadiga dinâmica (n=70) e de fadiga cíclica (n=75) foram realizados por meio de resistência à flexão em quatro pontos para a obtenção dos parâmetros de crescimento de trincas subcrítico (SCG). O ensaio de fadiga cíclica também foi realizado em duas frequências (2 e 10 Hz), utilizando valores de tensão máxima entre 350 e 600 MPa. Todos os espécimes fraturados foram inspecionados em microscópio eletrônico de varredura para que fosse identificada a origem da fratura. Os dados de fadiga dinâmica foram analisados por meio das fórmulas apresentadas na ASTM C 1368-00. Os dados de fadiga cíclica foram analisados por meio da estatística de Weibull e por meio de análise tipo \"General Log Linear Model\". Resultados: A Y-TZP apresentou valores dos parâmetros de SCG obtidos no ensaio de fadiga dinâmica de ?fo = 667 MPa e n = 54. Os parâmetros de Weibull obtidos a partir dos resultados do mesmo ensaio foram de m = 7,9, ?0 = 968,9 MPa e ?5% = 767 MPa. Os parâmetros de Weibull obtidos no ensaio de fadiga cíclica foram estatisticamente semelhantes para as duas frequências utilizadas, o m* foi de 0,17 para 2Hz e de 0,21 10Hz; os tempos de vida característicos (?, em número de ciclos) foram de 1,93 x 106 e 40.768, respectivamente para 2 e 10 Hz. O valor de n obtido na fadiga cíclica foi de 48 e 40, nas frequências de 2 e 10 Hz, respectivamente. Não foi observado o efeito da frequência da aplicação da tensão, do nível de tensão, nem da interação dos dois no tempo de vida da Y-TZP, quando analisados pelo General Log Linear Model. Conclusão: Os coeficientes de susceptibilidade ao crescimento subcrítico (n) obtidos por meio de fadiga cíclica e dinâmica foram semelhantes para a Y-TZP testada. Os extensos intervalos de confiança obtidos nos ensaios de fadiga cíclica indicaram não haver efeito da frequência usado nesse método de fadiga nos tempos de vida característicos da Y-TZP testada. / Chapter 1. Objective: was: to measure and compare the residual stress profile in the veneering ceramic layered on three different polycrystalline ceramic frame-work materials: Y-TZP, alumina polycrystalline (AL) and zirconia toughened alumina (ZTA).Materials and Methods. The stress profile was measured with the hole-drilling method in bilayered disk samples of 19 mm diameter with a 0.7 mm thick Y-TZP, AL or ZTA framework and a 1.5 mm thick layer of the corresponding veneering ceramic. Results: The AL samples exhibited increasing compressive stresses with depth, while compressive stresses switching into interior tensile stresses were measured in Y-TZP samples. ZTA samples exhibited compressive stress at the ceramic surface, decreasing with depth up to 0.6 mm from the surface, and then becoming compressive again near the framework. Conclusions: Y-TZP samples exhibited a less favorable stress profile than those of AL and ZTA samples. Chapter 2. Objectives: 1) To compare the stress corrosion coefficient (n) of a Y-TZP, obtained by two fatigue tests: cyclic and dynamic and 2) Evaluate the effect of frequency used in the cyclic fatigue test in the characteristic lifetime. Methods: Bar shaped specimens (4 mm x 25 mm x 3 mm) were prepared according to the manufacturer\'s recommendations. The dynamic fatigue test (n = 70) and cyclic fatigue (n = 75) were performed by four-point bending to obtain the slow crack growth parameters (n) .The cyclic fatigue test was also conducted in two frequencies (2 and 10Hz), using stress levels between 350 and 600 MPa. All fractured specimens were inspected by SEM so that the origin of the fracture were identified. The dynamic fatigue data were analyzed using the formulas given in ASTM C 1368-00. Cyclic fatigue data were analyzed using Weibull statistics and by the Log General Linear Model. Results: The material showed values of parameters obtained in the SCG assay dynamic fatigue ?fo = 667 and n = 54. The Weibull parameters obtained from the same test results were m = 7.9, ?0 = 968, 9 and ?5% = 767. The Weibull parameters obtained by cyclic fatigue were statistically similar for the two frequencies used, the m* was 0.17 (2 Hz) and 0.21 (10 Hz); characteristic lifetimes (?) were 1.93 x 106 and 40768, respectively. The n value obtained by cyclic fatigue was 48 and 40 at frequencies of 2 and 10 Hz, respectively. There was no effect of the frequency, the stress level or the interaction of the two in the Y-TZP lifetime, when analyzed by General Log Linear Model. Conclusion: The n values obtained by cyclic and dynamic fatigue tests were similar to Y-TZP tested. The extensive confidence intervals obtained in cyclic fatigue tests showed no effect of frequency used this method in fatigue characteristic lifetimes of the Y-TZP tested.

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da temperatura de troca iônica (TI) nas propriedades mecânicas da porcelana Ultrapaline ST e o efeito da TI nos parâmetros de crescimento subcrítico de trincas (SCG) (coeficiente de SCG - n, parâmetro escalar - ?f0), de Weibull (resistência característica - ?0, módulo de Weibull - m) e no comportamento de curva R desta porcelana. 250 discos (12 mm diâmetro x 1 mm espessura) foram fabricados de acordo com as instruções do fabricante, usinados em retificadora plana e polidos até 1 ?m. Para determinar o efeito da temperatura de TI na resistência à flexão biaxial (?), dureza (H) e tenacidade à fratura (KIc), 40 discos foram divididos em 4 grupos (n=10): GI (controle) - sem TI; e GII, GIII e GIV submetidos a TI com KNO3 por 15 min a 450°C; 470°C e 490°C, respectivamente. A ? foi determinada por \"pistão sobre três esferas\" em saliva artificial a 37°C a 10 MPa/s. Para dureza e tenacidade à fratura, foram feitas 3 indentações Vickers em cada espécime (2kg, 30s) e as diagonais e trincas radiais foram medidas e os valores de H e KIc calculados. As médias e desvios-padrão para ? (MPa), H (GPa) e KIc (MPa.m1/2) foram: GI: 57,95 ± 8.97, 7,24 ± 0,79 e 1,14 ± 0,14; GII: 125,04 ± 23,58, 5,80 ± 0,14, 2,62 ± 0,14; GIII: 133,00 ± 11,00, 5,88 ± 0,45, 2,54 ± 0,22; GIV: 137,67 ± 12,05, 5,88 ± 0,17, 2,57 ± 0,10, respectivamente. Para determinação dos parâmetros de SCG e de Weibull, 140 espécimes foram divididos em 2 grupos: GC (controle) e GT (submetidos à TI por 15 min a 470°C). Para determinação de n e de ?f0, 50 espécimes de cada grupo foram testados em saliva artificial a 37°C em flexão biaxial em uma das seguintes taxas de tensão: 10-2, 10-1, 100, 101 e 102 MPa/s. Para determinação dos parâmetros de Weibull, mais 20 espécimes de cada grupo foram ensaiados na taxa de 100 MPa/s. Os valores de n, ?f0, m e ?0 foram, respectivamente (valores entre parênteses representam intervalos de confiança de 95%): 24,1 ± 2,5; 58,1 ± 0,01; 13,8 (10,0 a 18,8) e 60,4 (62,2 a 58,5) para GC e 36,7 ± 7,3; 127,9 ± 0,01; 7,4 (5,3 a 10,1) e 136,8 (129,1 a 144,7) para GT. Para determinação do efeito da TI no curva R, 7 espécimes de cada grupo receberam uma indentação Vickers em uma das seguintes cargas de indentação (kg): 0,18; 0,32; 0,56; 1,0; 3,2. Após armazenados ao ar por 24 h os espécimes foram ensaiados a 10 MPa/s em saliva artificial a 37°C. Os parâmetros ?, ?, q foram, respectivamente: 62,57; 0,12 e 0,2857 para GC e 161,50; 0,34 e -0,0074 para GT. Os valores de k variaram de 0,371 a 0,515 para GC e de 1,240 a 0,804 para GT. Não houve diferença nas propriedades mecânicas entre as três temperaturas de TI testadas. A TI promoveu aumento significativo do valor de n, ?f0 e ?0, entretanto resultou em diminuição do valor de m e também suprimiu o comportamento de curva R, presente no material antes da realização da TI. / The objectives of this study were to determine the influence of different ion exchange (IE) temperatures on mechanical properties of a dental porcelain Ultrapaline ST and the effect of IE on slow crack growth (SCG) (coefficient of SCG - n, scale parameter - ?f0) and Weibull parameters (characteristic strength - ?0; Weibull modulus - m) and R-curve behavior of this porcelain. 250 specimens (12 mm diameter x 1 mm height) were fabricated according to the manufacturer\'s instructions, grounded with a surface-grinding device and polished up to 1?m. To determine the effect of IE temperature on biaxial flexural strength (?), hardness (H) and fracture toughness (KIc), 40 specimens were divided in four groups (n=10) as follow: GI - control (no ion exchange); GII, GIII and GIV submitted to IE with KNO3 for 15 min at 450°C; 470°C e 490°C, respectively. The ? was determined using a piston-on-three-balls device, in artificial saliva at 37°C and constant loading rate of 10 MPa/s. For hardness and fracture toughness, 3 Vickers indentations (2kg, 30s) were made on each specimen. The diagonals and radial cracks were measured in order to calculate H and KIc. Mean and standard deviations values of ? (MPa), H (GPa) and KIc (MPa.m1/2) were: I: 57.95 ± 8.97; 7.24 ± 0.79; 1.14 ± 0.14; II: 125.04 ± 23.58; 5.80 ± 0.14; 2.62 ± 0.14; III: 133.00 ± 11.00; 5.88 ± 0.45; 2.54 ± 0.22; IV: 137.67 ± 12.05; 5.88 ± 0.17; 2.57 ± 0.10, respectively. To determine the effect of IE on SCG and Weibull parameters, 140 specimens were divided in 2 groups: GC (control) and GIE (submitted to IE at 470°C for 15 min). To determine the SCG parameters, 10 specimens of each group were tested in biaxial flexural strength in each one of five constant stress rates: 10-2, 10-1, 100, 101 e 102 MPa/s. To determine the Weibull parameters, 20 specimens of each group were tested in the stress rate of 100 MPa/s. The n, ?f0, m and ?0 (values in parenthesis represent the confidence interval) were: 24.1 ± 2.5; 58.1 ± 0.01; 13.8 (10.0 to 18.8) and 60.4 (62.2 to 58.5) for GC and: 36.7 ± 7.3; 127.9 ± 0.01; 7.4 (5.3 to 10.1) and 136.8 (129.1 to 144.7) for GIE, respectively. To determine the effect of IE on R-curve behavior, 7 specimens of each group received a Vickers indentation in one of the following indentation loads (kg): 0.18; 0.32; 0.56; 1.0; 3.2. After stored on air for 24 h, the specimens were tested biaxial flexure strength in artificial saliva at 37°C in a stress rate of 10 MPa/s. The ?, ?, q parameters were, respectively: 62.57; 0.12 and 0.2857 for GC and 161.50; 0.34 and -0.0074 for GIE. The values of k varied from 0.371 to 0.515 for GC and from 0.34 to 0.0074 for GIE. There are no differences on mechanical properties among the three IE temperatures tested. The IE promoted significantly increase of n, ?f0 and ?0 however, decreased the m value and suppressed the R-curve behavior originally present on material before the IE.

As vigas de rolamento são estruturas destinadas ao suporte de pontes rolantes, estas amplamente utilizadas para movimentação de cargas em galpões industriais. O presente trabalho apresenta um estudo sobre as vigas de rolamento de aço sem contenção lateral entre apoios, em geral projetadas com vão inferior a 7 metros, portanto destinadas ao suporte de pontes rolantes leves (capacidade nominal até 250 kN). A ausência de contenções laterais intermediárias aliada ao desalinhamento e à imprecisão na locação dos trilhos, bem como à presença de forças horizontais transversais ao eixo da viga (aceleração/frenagem do trole), impõem flexão lateral e torção, esforços que são equilibrados apenas pelas contenções nos apoios. A análise foi realizada utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), considerando a análise não linear física e geométrica do problema, ou seja, um modelo mais próximo da viga real. Os resultados numéricos, quando comparados aos obtidos por meio da teoria de flexo-torção, mostraram uma inversão na distribuição esperada de tensões na mesa superior do perfil, ou seja, nos pontos onde deveria ocorrer aumento da tensão longitudinal de compressão, ocorreu redução. Esta inversão pode ou não ocorrer, dependendo da espessura da mesa superior, intensidade e posição da força vertical da roda da ponte. Além disso, os resultados determinados via MEF foram comparados com os obtidos via modelo tradicional de barra (momento de torção substituído por um binário de forças horizontais nas mesas). A comparação indicou divergência entre os resultados, podendo o dimensionamento pelo modelo de barra levar tanto a situações a favor da segurança como contra a segurança. / The runway girders are structures intended for support cranes, these broadly used to movement of loads in industrial buildings. This research presents a study about the runway girders without lateral bracing between support points, generally designed with span lower than 7 meters, therefore intended for support of light cranes (rated capacity until 250 kN). The absence of intermediate lateral bracing allied to misalignment and imprecision location of the rail, also the presence of the side thrust on the girder (acceleration/ braking of the trolley), causes lateral flexural and torsion, which are balanced only by the lateral containment on support points. The analysis was made using the Finite Element Method (FEM), which includes a nonlinear physical and geometric analysis of the structural problem, in other words, a model closest to the real girder. The numerical results, when compared to the results of the flexural-torsional theory, showed an inversion in the expected distribution of stress on the top flange of the shape, in other words, at the points where must occur increase of the longitudinal stress, reduction occurred. This inversion may or may not occur, depending on the thickness of the top flange, modulus and position of the load of the crane wheel. Besides, the numerical results were compared with the results of classical bar model for beams (torque is replaced by a couple of horizontal forces applied on the flanges). The comparison showed a divergence between the results, where the design by bar classical model can lead to situations of high safety or against safety.