Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-12-13T03:02:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338957.pdf: 7097983 bytes, checksum: d5150be2ee1078b05c5815a8f0bc56b1 (MD5) Previous issue date: 2015 / A nanotecnologia é vista como um campo emergente que envolve a produção, processamento e aplicação de estruturas, dispositivos e sistemas pelo controle da forma e tamanho em escala nanométricaAs nanopartículas de prata (AgNPs) tem tido grande atenção e emergido como principal produto do campo na nanotecnologia. Essas nanopartículas apresentam propriedades antimicrobianas mais eficientes que outros sais de prata, devido a maior área de superfície e a baixa solubilidade, o que permite melhor contato com os microorganismos. Neste contexto, esta tese visa a obtenção de uma rota de síntese de nanopartículas de prata, com posterior desenvolvimento de nanocompósitos via polimerização em suspensão do estireno para obtenção de poliestireno expansível (EPS) com propriedades antimicrobianas. E, portanto, o estudo visa a aplicação do EPS/AgNP como embalagens para acondicionamento de pescados, com o intuito de garantia de qualidade e segurança alimentar, tendo em vista o grupo de bactérias estudado (E.coli, S.aureus e S.TYPHIMURIUM). As nanopartículas de prata (AgNPs) foram sintetizadas por rotas de sínteses tradicionais em meio aquoso, com condições otimizadas através de delineamento experimental. Tais nanopartículas sofreram hidrofobização usando ácido oleico e ácido fosfórico como agentes de transferência de fase. Após hidrofobizadas as nanopartículas foram transferidas para o monômero estireno, o qual foi polimerizado via reação de polimerização em suspensão. Os polímeros antimicrobianos desenvolvidos foram caracterizados para avaliar a influência da adição das AgNPs nas propriedades finais desses materiais em relação ao poliestireno puro. A partir dos resultados, as AgNPs foram incoporadas no polímero a partir da concentração bacteriostática, obtendo-se sistema estável e polímero com características adequadas de aplicação industrial, em termos de concentração de prata, distribuição de tamanho de partícula polimérica, massa molecular polimérica e monômero residual. E, apesar, da baixa concentração de AgNP na matriz polimérica (~ 0,51%) foi possível obter poliestireno expansível com características antimicrobianas, frente E. coli, S.aureus e S. TYPHIMURIUM, bactérias que entram no grupo de controle de qualidade para pescados, de acordo com a legislação brasileira e europeia.<br> / Abstract : Nanotechnology is seen as an emerging field that involves the production, processing and application of structures, devices, and systems by controlling shape and nanometer size scale. The silver nanoparticles (AGNPs) have had great attention and emerged as the main product of the field in nanotechnology. These nanoparticles show more effective antimicrobial properties than other silver salts due to the greater surface area and low solubility, which allows better contact with the microorganisms. In this context, this Ph.D. dissertation aims at obtaining a route for the synthesis of silver nanoparticles with subsequent development of nanocomposites via the styrene suspension polymerization to obtain expandable polystyrene (EPS) with antimicrobial properties. And therefore, the study aims to apply the EPS / AgNP as package for fish packaging, with the quality assurance of development and food security, taking into account the group studied bacteria (E. coli, S. aureus and S. TYPHIMURIUM). The silver nanoparticles (AGNPs) were synthesized by traditional synthesis routes in an aqueous medium with optimal conditions by experimental design. Such nanoparticles have undergone hydrophobic oleic acid and used phosphoric acid as phase transfer agents. After the nanoparticles have been hydrophobized, they were transferred to the styrene monomer, which was polymerized via suspension polymerization reaction. The developed antimicrobial polymers were characterized to assess the influence of the addition of AGNPs in the final properties of these materials compared to pure polystyrene. From the results, AGNPs were embedded in the the polymer from the bacteriostatic concentration, obtaining stable polymer system and adequate characteristics of industrial application in terms of the silver concentration distribution of polymer particle size, polymer molecular weight and monomer residual. And, in spite of the low concentration of AgNP in the polymer matrix (~ 0.51%), it was possible to achieve expandable polystyrene with microbial characteristics, against E. coli, S. aureus and S. TYPHIMURIUM bacteria, which enter the quality control group to fish, according to the Brazilian and European legislation.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-10-10Bitstream added on 2014-06-13T19:21:32Z : No. of bitstreams: 1 sousa_lr_dr_araiq.pdf: 9849102 bytes, checksum: a309711b99d0bfdfbdee9ce8d0af80b8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A primeira etapa desta pesquisa constituiu no preparo de ligas Ti-Al-Nb por fusão a Arco e processamento termomecânico por laminação a quente e recozimento. Este estudo caracterizou a morfologia, estrutura e composição dos materiais empregando-se as técnicas LM, SEM-EDS e DRX; foram avaliadas as propriedades mecânicas por ensaios de tração e a resistência à corrosão utilizando medida de OCP, polarização potenciodinâmica e EIS. Os resultados mostraram a influência dos elementos de liga na microestrutura e no comportamento mecânico, revelando que a liga comercial Ti-6Al-7Nb apresentou o melhor conjunto de propriedades. Os ensaios eletroquímicos em solução que simula a agressividade do fluido corporal mostraram pequena influência dos teores de Al e Nb nas correntes de passivação. Contudo, as velocidades de formação e dissolução do filme foram afetadas. O espectro de impedância para a liga Ti-6Al-7Nb demonstrou que um processo de formação e dissolução da camada de óxidos ocorre como função do tempo de imersão. Um estado estacionário entre as velocidades de formação e dissolução foi alcançado ao redor de 140 h e caracterizado por uma espessura limite, que mostrou boa concordância dos resultados calculados por EIS e medidos por TEM. A segunda etapa envolveu a modificação eletroquímica da superfície com o objetivo de obter um filme de óxido anódico que melhore a biocompatibilidade. Estudos de citocompatibilidade foram realizados pelo cultivo de células da medula óssea humana diretamente sobre a superfície do material e em contato com extratos contendo os seus produtos de corrosão, testando-se os efeitos das esterilizações por autoclave e etanol. Os experimentos com os extratos foram realizados expondo as culturas de 14 dias aos extratos metálicos durante 48 h. / The first stage of the investigation consisted in manufacture of Ti-Al-Nb alloys by arc fusion melting and thermo-mechanical processing by hot-rolling and annealing. This study has characterized the morphology, structure and composition of the materials using LM, SEM and X-Ray techniques; the mechanical properties using Strength testing; and the corrosion resistance using OCP, Polarization and EIS electrochemical measurements. The results showed influence of the alloying elements on the microstructure and mechanical behavior and revealed that Ti-6Al-7Nb commercial alloy showed the best whole of properties. Electrochemical testing in a simulated body fluid showed little influence of Al and Nb contents on the passivity currents, however, the film formation and dissolution rates was modified by that ones. The impedance spectra for the Ti-6Al-7Nb alloy demonstrated that a chemical process of oxide layer dissolution-formation occurs as function of the immersion time. A steady-state between the formation and dissolution rates of the oxide film was reached around 140 h and characterized by a thickness limit; there is fairly good agreement between the oxide thicknesses calculated by EIS and measured by TEM. The second stage involved the electrochemical surface modification in order to obtain anodic oxide that improves the biocompatibility. The cytocompatibility studies were performed by seeding human bone marrow cells directly over the metallic surfaces and in contact with extracts containing the corrosion products of the material. Both the sterilization by autoclave and by ethanol was tested. The assays with the extracts were done by exposing 14 days cultures to the metallic extracts during 48 h.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2122.pdf: 6004420 bytes, checksum: 56935670528874bab07b7664204b81ee (MD5) Previous issue date: 2008-08-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / The purpose of this thesis was to establish the conditions for silver-copper and silver-zinc electrodeposition from ammonium hydroxide and thiourea solutions, respectively, and to investigate the effect of added EDTA and HEDTA on the electrodeposition process. In this way, the influence of solution composition and electrodeposition parameter (deposition potential, deposition charge density, and deposition current density) on the electrodeposition process of silver-copper and silver-zinc was investigated. Relation between chemical species in solution and the reactions at the cathode/solution interface was established. It was verified that the formation of silver(I) complexes with ammonia or thiourea shifted the silver deposition potential to more negative value. As a result, the codeposition of silver and copper or silver and zinc was facilitated. On the other hand, EDTA and HEDTA acted as inhibitor of dendritic growth. This inhibition was attributed to EDTA and HEDTA adsorption on the platinum surface and growth sites of the electrodeposit, which decreased the current density of the charge transfer process. The silver-copper electrodeposit composition was a function of solution composition and electrodeposition parameter. On the other hand, the silver-zinc electrodeposit composition was almost constant, irrespective of the electrodeposition condition. Besides, the silver-copper electrodeposit was amorphous and composed by a mixture of silver, copper and silver-copper supersaturated solid solution. Sulphur was incorporated into the silver-zinc electrodeposit due to alkaline hydrolysis of thiourea in the cathode/solution interface. The silver-zinc electrodeposit was amorphous due to sulphur incorporation. / O propósito desta tese foi estabelecer as condições para eletrodeposição de prata-cobre e prata-zinco a partir de soluções de hidróxido de amônio e tiouréia, respectivamente, e investigar o efeito da adição de EDTA e HEDTA no processo de eletrodeposição. Deste modo, investigou-se a influência de composição de solução e parâmetro de eletrodeposição (potencial de deposição, densidade de carga de deposição e densidade de corrente de deposição) sobre o processo de eletrodeposição de prata-cobre e prata-zinco. Estabeleceu-se relação entre as espécies químicas em solução e as reações que ocorreram na interface cátodo/solução. Verificou-se que a formação de íons complexos de prata(I) com amônia ou tiouréia deslocou o potencial de deposição de prata para valor mais negativo. Como resultado, a codeposição de prata e cobre ou prata e zinco foi facilitada. Por outro lado, EDTA e HEDTA atuaram como inibidores de crescimento dendrítico. Esta inibição foi atribuída à adsorção de EDTA e HEDTA sobre a platina e sítios de crescimento, a qual diminui a densidade de carga do processo de transferência de carga. A composição do eletrodepósito de prata-cobre foi uma função da composição da solução e do parâmetro de eletrodeposição. Por outro lado, a composição do eletrodepósito de prata-zinco foi quase constante, independentemente da condição de eletrodeposição. Ademais, o eletrodepósito de prata-cobre foi amorfo e composto por mistura de prata, cobre e solução sólida supersaturada de prata-cobre. Enxofre foi incorporado ao eletrodepósito de prata-zinco devido à hidrólise alcalina de tiouréia na interface cátodo/solução. O eletrodepósito de prata-zinco foi amorfo devido à incorporação de enxofre.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4377.pdf: 4163228 bytes, checksum: c226cdaadadec6b48a2334a2446ba4e3 (MD5) Previous issue date: 2012-04-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / Regarding to the search for new energy sources, of renewable character, fuel cells fall into one of the most studied proposals on Electrochemistry. More specifically, the direct fuel cells (DAFCs) using short-chain alcohols as fuel, have attracted the attention of researchers over the past two decades. Problems related to the energy efficiency of Pt-based catalysts for use in fuel cells, drive several studies in the literature concerning to the modification of these catalytic systems. Thus, have been proposed in the literature, other materials than pure Pt, such as alloys in binary and ternary composition, and more recently, metallic multilayered structures(MM), the latter being the study object of this work. Platinized titanium electrodes were prepared by potentiostatic electrodeposition technique (0.05 V vs RHE), and times of 1000 sec were necessary to obtain an identical polycrystalline platinum voltammetric profile, with guaranteed reproducibility. On these substrates, Ir/Pt bilayered systems were electrodeposited controlling films thickness through the deposition charge. Calculations revealed mass loading of platinum between13.4 and 26.3 &#956;g and maximum film thickness of 43.2 nm. AFM images confirmed the homogeneity of the coatings as well as the total covering of the substrate. A screening of variables with the aid of a 22 factorial design with central point showed better intrinsic catalytic activity (current density normalized by the electroactive area) for the Ti/Pt25mC/Ir6mC/Pt system, which answers were around 270% higher than those obtained for Ti/Pt systems. In addition to the methanol oxidation voltammetry, chronoamperometric tests of methanol oxidation and CO stripping voltammetry suggest the MM-like systems are less susceptible to the catalyst poisoning phenomenon compared to the Ti/Pt systems. Assuming that there are no area effects due the current normalization through the electroactive area, nor the possibility of a bifunctional mechanism occurring,considering that are just Pt catalytic centers exposed, an explanation for the purposes of promoting catalytic activity may be based on electronic effects due to the possible compressive stress generated by the bilayer Ir/Pt causing an energy enlargement of the d band, lowering the adsorbates energy of adsorption. EIS data indicated a lower resistance to charge transfer in the reactions performed on MM systems, which strengthens the argument regarding the positive electronic effects associated with MM-like structures. / No que diz respeito à busca por novas fontes energéticas, de caráter renovável, as células combustíveis se enquadram em uma das propostas mais estudadas na Eletroquímica. Mais especificamente, as células à combustível direto (DAFCs) que utilizam alcoóis de cadeia curta como combustível, vêm atraindo a atenção dos pesquisadores nas últimas duas décadas. Problemas relativos à eficiência energética dos catalisadores baseados em Pt para aplicação em células combustíveis, impulsionam diversos estudos na literatura concernentes à modificação desses sistemas catalíticos. Desta forma, têm sido propostos na literatura, diferentes materiais além da Pt pura, como ligas de composição binária e ternária, e mais recentemente, as multicamadas metálicas(MM), tendo sido esta última proposta objeto de estudo do presente trabalho. Eletrodos de titânio platinizados foram confeccionados através da técnica de eletrodeposição potenciostática a 0,05V vs ERH, sendo que tempos de 1000s foram necessários para se obter um perfil voltamétrico idêntico ao da platina policristalina, com reprodutibilidade garantida. Sobre estes substratos, sistemas de bicamadas Ir/Pt foram eletrodepositados controlando-se a espessura através da carga de deposição. Os cálculos de massa revelaram cargas de platina entre 13,4 e 26,3&#956;g e espessuras máximas de filme de 43,2nm. Imagens de AFM confirmaram a homogeneidade dos eletrodepósitos bem como o recobrimento total do substrato. Uma triagem de variáveis com o auxílio de um planejamento fatorial 22 com ponto central apontou melhores atividades catalíticas intrínsecas (densidade de corrente normalizada pela área eletroativa) para o sistema Ti/Pt25mC/Ir6mC/Pt, cujas respostas foram em torno de 270% maiores que em relação ao Ti/Pt. Além das voltametrias de oxidação do metanol, ensaios de cronoamperometrias de oxidação do metanol e voltametria do stripping de CO sugerem que os sistemas tipo-multicamada sejam menos suscetíveis ao fenômeno de envenenamento catalítico, em relação aos sistemas Ti/Pt somente. Partindo do pressuposto que não existam efeitos de área, devido a normalização das correntes obtidas pelas áreas eletroativas, e nem a possibilidade de um mecanismo bifuncional, assumindo que apenas Pt está exposta no sistema catalítico, uma explicação para os efeitos promotores da atividade catalítica pode estar baseado em efeitos eletrônicos devido a um possível estresse compressivo gerado pela bicamada Ir/Pt, causando alargamento em energia da banda d e logo, menores energias de adsorção de adsorbatos. Dados de EIS indicaram uma menor resistência à transferência de carga nas reações realizadas sobre as MM, o que fortalece a argumentação em relação aos efeitos eletrônicos positivos associados às estruturas tipo MM.

El objetivo principal de esta memoria es recomendar, según el rango de luces estudiado y dese un punto de vista técnico-económico, la superestructura más conveniente de utilizar considerando la configuración descrita.

O avanço intenso e constante que vem tendo os sistemas de telecomunicação e de transmissão de energia elétrica tem levado à instalação de uma quantidade considerável de torres metálicas treliçadas, desde as zonas menos povoadas até os grandes centros urbanos. Apesar dos vários estudos existentes nesta área, ocorrências de tombamento de torres deste tipo continuam sendo registradas, o que implica na necessidade de mais estudos. Por se tratar de estruturas esbeltas e de baixo peso, o principal carregamento para elaboração do projeto estrutural de torres metálicas treliçadas é a força do vento. Pergunta-se então: a norma brasileira de vento (NBR-6123/88) é clara e atende a todas as situações e dúvidas ou são os projetos que não estão seguindo suas recomendações adequadamente? Este trabalho é então dividido em três etapas de ensaios experimentais no Túnel de Vento do LAC. Estudou-se, numa primeira fase, o comportamento de perfis isolados, com vários ângulos de incidência do vento e dois tipos de escoamento: suave e turbulento.Percebeu-se que a terminação das cantoneiras não possui influência, também não ocorreram diferenças quanto aos tipos de escoamentos e uma leve divergência do coeficiente de força Cf, com a norma para alguns ângulos de incidência. Na segunda etapa, foi verificado o efeito de proteção de um perfil a barlavento sobre um a sotavento, com diversos afastamentos entre eles e submetidos aos escoamentos suave e turbulento. O efeito de proteção foi comprovado, apesar de não ter sido possível determinar exatamente o momento em que ele deixa de existir. O mesmo fenômeno foi verificado nos coeficientes de torção, Ct. Também verificou-se a possibilidade da utilização da figura 8 da NBR-6123 para barras isoladas, percebendo-se que para os afastamentos intermediários ensaiados a discrepância entre os valores dos coeficientes de arrasto, Ca, indicados pela norma e os obtidos nos ensaios foi maior. Na terceira etapa, estudou-se módulos de torres treliçadas, submetidos a diferentes velocidades e ângulos de incidência do vento. Para efeito de comparação, escolheram-se duas diferentes áreas: uma considerando somente a área frontal e a outra sendo a área efetiva (frontal mais sombra). Perceberam-se diferenças entre os próprios métodos indicados pela NBR-6123 e entre esta e os experimentos e normas e, principalmente, a importância do cálculo correto das áreas para a determinação da força atuante. Verificou-se que os valores obtidos nos ensaios, para alguns módulos, são maiores que aqueles recomendados pela norma. Com este trabalho pôde-se verificar a diferença entre os valores indicados pelas mais diversas normas e valores encontrados experimentalmente, provando que estudos nesta área devem continuar sendo incentivados. / The intense and constant progress of telecommunication systems and electric power transmission result in the installation of a considerable amount of lattice towers, from the less populated areas to the great urban centers. In spite of the several existent studies in this area, occurrences of wind accidents with towers of this type continue being registered, which implicates the need for more studies. Concerning slender structures of low weight, the main loading for elaboration of the structural designs of lattice towers is the force of the wind. The question is: does the Brazilian wind code (NBR-6123/88) clear? Does it attend all situations and doubts, or the new projects being designed not following their recommendations appropriately? This work is divided into three stages of experimental testing in the Wind Tunnel of LAC. It was studied, in a first phase, the behavior of a single isolated member, with several angles of incidence of the wind and two types of flow: smooth and turbulent. It was noticed that the member´s endding types are not important; there was no occurance of differences in the types of flow and a light divergence of the force coefficient, Cf, with the code for some wind direction. In the second stage, the protection effect was examined from the shielding of the windward member in the leeward member, under smooth and turbulent flow. The protection effect was proven, in spite of not being possible to determine exactly the moment that it stops existing. The same phenomenon was verified in the torsion coefficients, Ct. Also the possibility of the use of the Figure 8 of the NBR-6123 was verified for a single isolated member, being noticed that for the experiments with intermediate separations, the discrepancies of the drag coefficient values, Ca, from the code values and from experiments were bigger. In the third stage, sections of lattice towers were studied. They were submitted to different wind speeds and wind directions. For a comparison, two differents areas were chosen, firstly just the frontal area was considered and, secondly, the effective area (shaddow plus frontal) was adopted. Differences were noticed among the methods in NBR-6123 and between these, the results of the experiments and the indications of other codes. It was verified that the values obtained in the tests, for some modules, are larger than those recommended by the code. With this work, a difference was verified between the different code values and the actual values found experimentally, proving evidence that studies in this area should be continued.

O uso de perfis de aço formados a frio tem como objetivo a obtenção de estruturas leves. O emprego de chapas de pequena espessura na fabricação desses perfis implica facilidade de obtenção de seções de diferentes geometrias, encorajando a otimização. Porém, isso resulta, muitas vezes, numa grande esbeltez dos elementos que compõem a seção, o que os torna suscetíveis ao fenômeno da flambagem local quando submetidos a esforços de compressão. No contexto dos perfis de aço formados a frio, esse trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento estrutural de telhas de aço formadas a frio de perfil trapezoidal, analisando-se vários aspectos, entre eles métodos de determinação de carga crítica de flambagem elástica e de carga de colapso, influência das condições de contorno na performance estrutural e a otimização da forma da seção transversal. A carga crítica e a carga de colapso de telhas trapezoidais de perfil comercial, com diferentes condições de vinculação das bordas longitudinais, foram obtidas experimentalmente e comparadas com resultados teóricos. Para a determinação da carga crítica teórica, foram utilizados modelos de elementos finitos e de faixas finitas e, para a obtenção da carga de colapso teórica, foram empregados o Método da Resistência Direta e o procedimento da Norma Brasileira NBR 14762:2001. A otimização de forma da seção transversal das telhas foi realizada utilizando-se Algoritmos Genéticos. Foram propostas diferentes funções objetivo, relacionadas com a minimização da flecha no meio do vão, a maximização da carga crítica de flambagem elástica e a maximização da área de cobertura. Em relação a todos os aspectos citados, os resultados obtidos pelos diversos métodos de análise foram discutidos, com as limitações de cada um devidamente destacadas. As principais conclusões tiradas ao longo desse estudo estão apresentadas no final do trabalho. / The cold-formed steel members application aims at the obtaining of light gauge structures. The use of thin sheets in these members fabrication implies the facility of obtaining different cross sections, encouraging the optimization. However, several times, it results in slender section elements. These elements, when submitted to compressive stresses, have a high tendency to undergo the local buckling phenomenon. The main aim of this work is to research the structural behavior of cold-formed trapezoidal steel roofing sheets, investigating different aspects: critical elastic buckling load and collapse load evaluation methods, boundary conditions influence on the structural performance and cross section optimization. The critical buckling load and the collapse load of trapezoidal sheets with a commercialshaped cross section, with different boundary conditions of the longitudinal edges, were experimentally determined and compared with theoretical results. In order to evaluate the theoretical critical buckling load, finite element and finite strip models were used. For the collapse load determination, the Direct Strength Method and the design specification from the Brazilian Code NBR 14762:2001 were employed. The cross section optimization of the trapezoidal sheets was carried out using Genetic Algorithms. Different fitness functions were proposed, being related to the midspan deflection minimization, the critical elastic buckling load maximization and the covering area maximization. Considering all the mentioned points, the results obtained by the different analysis methods were discussed, and the limitations of each one were appropriately highlighted. The main conclusions obtained along this study are presented at the end of the work.

No início do século XIX, com a Revolução Industrial, o aço passou a ser um material competitivo e utilizado na construção de pontes que, até então, eram de pedra ou madeira. Assim, surgiram as primeiras pontes ferroviárias vencendo grandes vãos, ou seja, estruturas metálicas tracionadas submetidas a milhões de ciclos de carga, condições ideais para a fadiga de alto ciclo. Muitas destas estruturas ainda estão em tráfego, com mais de 100 anos de serviço e submetidas a carregamentos crescentes. Dado este cenário, este trabalho objetiva caracterizar as pontes metálicas ferroviárias, determinando os materiais empregados, tipos estruturais adotados e cargas utilizadas. Além disso, através de uma revisão da teoria de fadiga em aços e dos procedimentos recomendados pelas principais normas de estruturas metálicas, realiza-se um estudo de caso real de uma ponte que apresentou falha por fadiga em suas longarinas. Para tal, modela-se numericamente a estrutura e realiza-se análise experimental da mesma, através de medições in situ, para a calibração do modelo. Após, aplica-se as metodologias apresentadas nas normas e na teoria, a fim de efetuar-se a verificação à fadiga desta estrutura determinando a vida residual de seus elementos. / In the beginning of century XIX, with the Industrial Revolution, the steel started to be a competitive and used material in the construction of bridges that, until then, were of rock or wood. Thus, first great railroad bridges being successful vain, or either, tensile steel structures submitted the millions of load cycles had appeared, ideal conditions for the fatigue of high cycle. Many of these structures still are in traffic, with more than 100 years of service and submitted increasing loads. Get this scene, this objective work to characterize the railroad steel bridges, determining the used materials, structural types adopted and used loads. Moreover, through a revision of the theory of fatigue in steel and of the procedures recommended for the main codes of steel structures, is become a study of real case of a bridge that presented damage for fatigue in its stringers. For such, becomes a numerical model of the structure and experimental analysis of the same one, through measurements in situ, for the calibration of the model. After, one applies the methodologies presented in the codes and the theory, in order to effect it verification to the fatigue of this structure determining the residual life of its elements.

A utilização de perfis de aço formados a frio tem grande aplicação na atualidade, ora sendo empregados na construção civil convencional (prédios residenciais e industriais) ora em estruturas mecânicas, tais como estruturas de veículos (caminhões, ônibus, vagões, etc.). As atuais exigências econômicas fazem com que estes perfis tenham, cada vez mais, alto desempenho estrutural. Neste sentido propõe-se, na presente tese, explorar as possibilidades de otimização paramétrica da seção transversal de perfis U com e sem enrijecedores de borda formados a frio quando submetidos à compressão. As ferramentas utilizadas para cumprir tal objetivo são o Método das Faixas Finitas Restringidas (MFFr) para análise da estabilidade elástica e o Método da Resistência Direta (MRD) para determinação da resistência do perfil como uma alternativa ao Método das Larguras Efetivas. O MFFr é aqui utilizado por ser capaz de realizar a decomposição e a identificação modal. Incorpora-se a esta forma de análise uma metodologia de otimização baseada em algoritmos genéticos que se fundamenta no processo de seleção natural proposto por Charles Darwin. Exemplos considerando esta forma de trabalho mostram os ganhos que poderiam ser obtidos. Para verificar os resultados obtidos na otimização, um modelo em elementos finitos considerando a não-linearidade física e geométrica foi utilizado, o qual foi calibrado com resultados experimentais encontrados na literatura. Conclusões sobre a potencialidade da metodologia utilizada são finalmente apresentadas. / The use of cold-formed steel members has great application at the present time, such as in standard civil buildings (residential and industrial buildings) and in mechanical structures (structures of vehicles as trucks, bus, wagons, etc.). A high structural performance for profiles is a required economic demand in present days. In this sense, the present theory intends to explore the possibilities of parametric optimization of cold-formed steel channel and lipped channel members when submitted to compression. The tools used to accomplish such objective are the method of the Constrained Finite Strip method (cFSM) for analysis of the elastic stability and the Direct Strenght Method (DSM) for determination of the resistance of the profile as an alternative to the Effective Width Method. The constrained finite strip method (cFSM) is used because it is capable to accomplish the modal decomposition and identification. An optimization methodology based in genetic algorithms that is based in the process of natural selection proposed by Charles Darwin is incorporated in this form of analysis. Examples considering this methodology show the improvement that could be obtained. To verify the results obtained in the optimization, a model in finite elements considering the non-linearities, material and geometric, was used, which was calibrated with experimental results found in the literature. Conclusions about the potentiality of the used methodology are finally presented.

A cada ano que passa cresce a preocupação quanto à segurança de passageiros em veículos, isso pode ser concluído analisando a crescente exigência através de normas que determinam a resistência estrutural mínima de veículos frente a diferentes carregamentos extremos. Por outro lado, um mercado automobilístico cada vez mais competitivo exige projetos mais leves, econômicos e baratos. A preocupação ambiental também está em evidência. Com essa diversidade de objetivos, muitas vezes contraditórios, que o engenheiro deve levar em consideração ao projetar um veículo, tornou-se árdua tarefa relacionar todos esses conceitos de maneira harmoniosa. Neste contexto, se apresenta nesse trabalho uma proposta de metodologia para a otimização estrutural, utilizando Algoritmo Genético, de um ônibus sob condições de tombamento. O modelo simplificado de elementos finitos do ônibus é construído com elementos de viga e, nos locais com grande deformação plástica localizada, são acrescentadas rótulas plásticas à estrutura. Para caracterizar as rótulas plásticas são utilizados métodos experimentais e numéricos. Desse modelo numérico do ônibus sob tombamento são extraídos parâmetros que compõe as diferentes funções objetivo propostas e, assim, diversos projetos otimizados são analisados, visando encontrar o melhor projeto para cada estudo realizado. Por fim, conclui-se que a metodologia de otimização proposta representa uma ferramenta muito útil e pode ser empregada durante o desenvolvimento de projetos, agilizando o processo e facilitando a tomada de decisões importantes. / The concern about vehicle passengers’ safety increases along the years, this can be concluded analyzing the constant evolution of requirements through standards, defining minimum structural rigidity of vehicles under different extreme loads. Otherwise, highly competitive automotive market demands lighter, economic and cheaper projects. The ambient concern is also in evidence. This diversity of objectives, many times contradictory, that an engineer must handle during a vehicle development, became an arduous task to relate all these concepts in a harmonious way. In this context, is presented in this paper a proposal of methodology for a structural optimization, applying Genetic Algorithm, of a bus rollover. The simplified finite elements model of the bus is constructed with beam elements and, in places with localized large plastic deformation, plastic hinges are added to the structure. Experimental and numerical methods are used to determine the plastic hinge properties. With this numerical model of the bus rollover, parameters are extracted to compose the different proposals of objective functions and, thus, diverse optimized projects are analyzed, aiming to find the optimum project for each study. Finally, is concluded that the optimization methodology proposal represents a useful tool and can be applied during projects’ development, shortening the process and helping on important decisions.