Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-05-14T18:03:53Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 17243301 bytes, checksum: d06340e5873da7e2b07d927bb4b6ca6d (MD5) / Approved for entry into archive by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-05-14T18:04:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 17243301 bytes, checksum: d06340e5873da7e2b07d927bb4b6ca6d (MD5) / Approved for entry into archive by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-05-14T18:04:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 17243301 bytes, checksum: d06340e5873da7e2b07d927bb4b6ca6d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-14T18:04:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 17243301 bytes, checksum: d06340e5873da7e2b07d927bb4b6ca6d (MD5) Previous issue date: 2017-04-06 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Os Polímeros Reforçados com Fibras (PRF) são materiais compósitos constituídos por fibras unidas por uma matriz polimérica. São leves, não corrosivos, possuem alta resistência à tração e são de simples execução. O PRF em forma de tecido é utilizado para envolver o pilar de concreto armado promovendo a restrição das deformações laterais pelo efeito de membrana. Nos pilares com seção transversal circular, esse efeito de membrana é desenvolvido ao longo de todo o seu perímetro. Já para seções quadradas ou retangulares, esse efeito de membrana se desenvolve apenas nos cantos arredondados, reduzindo, assim, a eficiência do confinamento. Por conta dessa limitação, esta pesquisa propõe a utilização de um mecanismo auxiliar constituído por tirantes transversais de aço ancorados por perfis longitudinais, que juntamente com o PRF vão promover o confinamento nos maiores lados de seções de pilares retangulares. Foram realizados ensaios experimentais de dez pilares de concreto, cujos resultados confirmaram o maior incremento de força e ductilidade nos pilares devido à presença dos tirantes, verificando também que os perfis longitudinais contribuem diretamente com a força axial no pilar. Por meio da análise numérica em elementos finitos foi possível observar o acréscimo de regiões de concreto efetivamente confinado devido à presença dos tirantes. Com a análise paramétrica realizada foram identificados os parâmetros e como eles influenciam no comportamento dos pilares reforçados com a técnica: a relação entre os lados da seção transversal, a taxa de PRF; a taxa de tirantes de aço e a rigidez do perfil de ancoragem. Por fim, foi desenvolvido um modelo analítico que possibilita calcular a parcela de força resistida pelo concreto confinado e pelos perfis de ancoragem de modo independente, indicando boas correlações com os resultados experimentais e numéricos. / Fiber Reinforced Polymers (FRP) are composite materials consisting of fibers bonded by a polymer matrix. They are lightweight, non-corrosive, have high tensile strength and simple to apply. The FRP jacket is used to wrap the concrete column and restrict the lateral expansion by the membrane effect. In columns with circular cross section, the membrane effect is developed along its entire perimeter. However, in square or rectangular sections this effect is only developed at the rounded corners, resulting in a decrease of the confinement efficiency. Due this limitation, this research proposes the use of an auxiliary mechanism made up of transverse steel ties anchored by longitudinal bars, which together with the FRP, promote confinement on the biggest sides of rectangular sections of columns. Experimental tests were carried out on ten concrete columns, whose results confirmed the greatest force increase and ductility due to the presence of the steel ties and that the anchor bars contribute directly with the axial force. Through the numerical analysis in finite elements methods it was possible to observe the effective confined concrete regions due to the presence of the ties. With the parametric analysis performed some parameters were identified and how they influence in behavior of columns reinforced with this technique: the relationship between the sides of the cross section; the PRF rate; the steel ties rate and the stiffness of the anchor bar. Finally, an analytical model was developed allowing calculate the force resisted by the confined concrete and the anchor bars forces independently, indicating good correlations with the experimental and numerical results. / O arquivo contém 11 páginas em branco, mas que não interfere no conteúdo da tese.

Na busca de materiais de baixa densidade, alta resistência e baixo custo, o processo de Filament Winding, ou Enrolamento Filamentar, surge como uma das opções de processo automatizado para a fabricação de componentes em materiais compósitos reforçados por fibras (FRP – Fiber Reinforced Polymers). Tendo uma ampla aplicação estrutural, o tipo de fibra, o tipo de matriz, a orientação das fibras, as camadas de reforço, o mandril a ser utilizado e a otimização da trajetória de deposição das fibras são características essenciais para obtenção de uma peça com as características desejadas no processo. Dentre as necessidades para a utilização deste processo, exerce um papel de destacada influência a geração dos dados da trajetória de deposição da fibra, bem como a geração dos dados operacionais do processo. Este trabalho tem por objetivos desenvolver um programa para a geração destes dados, bem como os dispositivos necessários para a execução do processo de Filament Winding em torno CNC comercial. Os dados das trajetórias são gerados de modo integrado ao sistema CAD, representados por meio dos ângulos das trajetórias, e são alimentados em um programa computacional desenvolvido para este fim, que gera o código CN para a fabricação da peça no equipamento. Para a execução deste código na máquina CNC, foram desenvolvidos sistema de fixação do mandril e alimentador da fibra (incluindo tensionador) que possibilitam a execução do processo neste tipo de equipamento. Todo o sistema desenvolvido foi implementado e utilizado para a confecção de tubos com diferentes trajetórias de preenchimento, validando o sistema computacional e o processo desenvolvido. / In the search of low density, high strength and low cost materials, Filament Winding seems to be an option of automated process to manufacture components in Composite Materials Reinforced by Fibers (FRP – Fiber Reinforced Polymers). Due to its large application in structural engineering, aspects such as fibers, matrices, fiber paths and laminate sequence are essential characteristics to obtain the desired final part. Among the requirements to use the Filament Winding Process, the definition of the fiber paths as well as the laminate sequence play fundamental roles in order to achieve the optimum structural performance of the composite part. This work aims to develop the necessary program to generate this data and devices required for the implementation of Filament Winding process in a commercial CNC machine tool. The data of the trajectories are generated in the CAD system, represented by the angles of the trajectories, and are fed in a computer program developed for this purpose, which generates the NC code for the manufacture of the part in the machine. In order to carried out this code in the CNC machine there were developed mandrel fixation system and fiber feeder (including tensioner were deverloped) that enable to wind the part in this type of equipment. The system developed has been implemented and used for the manufacture of tube parts with different fiber paths, validating the integrated system and the process developed.

Na busca de materiais de baixa densidade, alta resistência e baixo custo, o processo de Filament Winding, ou Enrolamento Filamentar, surge como uma das opções de processo automatizado para a fabricação de componentes em materiais compósitos reforçados por fibras (FRP – Fiber Reinforced Polymers). Tendo uma ampla aplicação estrutural, o tipo de fibra, o tipo de matriz, a orientação das fibras, as camadas de reforço, o mandril a ser utilizado e a otimização da trajetória de deposição das fibras são características essenciais para obtenção de uma peça com as características desejadas no processo. Dentre as necessidades para a utilização deste processo, exerce um papel de destacada influência a geração dos dados da trajetória de deposição da fibra, bem como a geração dos dados operacionais do processo. Este trabalho tem por objetivos desenvolver um programa para a geração destes dados, bem como os dispositivos necessários para a execução do processo de Filament Winding em torno CNC comercial. Os dados das trajetórias são gerados de modo integrado ao sistema CAD, representados por meio dos ângulos das trajetórias, e são alimentados em um programa computacional desenvolvido para este fim, que gera o código CN para a fabricação da peça no equipamento. Para a execução deste código na máquina CNC, foram desenvolvidos sistema de fixação do mandril e alimentador da fibra (incluindo tensionador) que possibilitam a execução do processo neste tipo de equipamento. Todo o sistema desenvolvido foi implementado e utilizado para a confecção de tubos com diferentes trajetórias de preenchimento, validando o sistema computacional e o processo desenvolvido. / In the search of low density, high strength and low cost materials, Filament Winding seems to be an option of automated process to manufacture components in Composite Materials Reinforced by Fibers (FRP – Fiber Reinforced Polymers). Due to its large application in structural engineering, aspects such as fibers, matrices, fiber paths and laminate sequence are essential characteristics to obtain the desired final part. Among the requirements to use the Filament Winding Process, the definition of the fiber paths as well as the laminate sequence play fundamental roles in order to achieve the optimum structural performance of the composite part. This work aims to develop the necessary program to generate this data and devices required for the implementation of Filament Winding process in a commercial CNC machine tool. The data of the trajectories are generated in the CAD system, represented by the angles of the trajectories, and are fed in a computer program developed for this purpose, which generates the NC code for the manufacture of the part in the machine. In order to carried out this code in the CNC machine there were developed mandrel fixation system and fiber feeder (including tensioner were deverloped) that enable to wind the part in this type of equipment. The system developed has been implemented and used for the manufacture of tube parts with different fiber paths, validating the integrated system and the process developed.

O trabalho trata do desenvolvimento de processo de fabricação de compósitos de fibras longas através da tecnologia de manufatura aditiva, possibilitando a criação de peças com maior resistência mecânica através da combinação adequada de materiais com diferentes propriedades mecânicas. Os processos de manufatura aditiva consistem na obtenção de um objeto sólido a partir de um modelo digital de três dimensões, através do fatiamento deste modelo e da adição sequencial de material com o objetivo de criar suas respectivas camadas, permitindo a reprodução real do modelo digital escolhido. Um compósito é a combinação de materiais com diferentes propriedades para a obtenção de um novo material com características específicas, permitindo a criação de melhores arranjos de propriedades através da escolha adequada dos materiais a serem combinados. Os materiais que formam um compósito podem ser divididos em matriz e reforço, entre os quais, os materiais de reforço são responsáveis por suportar os carregamentos transmitidos pela matriz. O uso de materiais poliméricos reforçados resulta em um material com baixo peso e elevada resistência mecânica. A adição de fibras longas nos processos de manufatura aditiva é foco do estudo, no qual foi utilizada a tecnologia Fused Deposition Modeling devido à sua simplicidade e facilidade de acesso a equipamentos de baixo custo para fins de validação de conceito. Foi desenvolvido e construído um cabeçote de deposição contínua de fibras longas, adequado ao uso no processo de deposição por camadas, através do qual foram manufaturados corpos de prova, que foram ensaiados mecanicamente conduzindo a resultados satisfatórios, validando a técnica e indicando que a fabricação de polímeros reforçados através da tecnologia de manufatura aditiva é um processo promissor. / The work deals with the development of long fiber composite manufacturing process through additive manufacturing technology, enabling the creation of parts with higher mechanical strength through proper combination of materials with different mechanical properties. Additive manufacturing processes consist in obtaining a solid object from a three dimension digital model through the slicing of the model and the sequential addition of material layer by layer allowing the real reproduction of the digital model. A composite is a combination of materials with different properties to obtain a new material having specific characteristics, allowing the creation of the best arrangement of properties through the choice of materials to be combined. The materials that form a composite can be divided into matrix and reinforcement, where the reinforcing materials are responsible for supporting the loads transmitted by the matrix. The use of reinforced polymeric materials results in a material with low weight and high mechanical strength. The addition of long fibers in the additive manufacturing process is the focus of this study, where the Fused Deposition Modeling process was used due to its simplicity and facility to access low-cost equipment in order to validate the concept. The system developed was used to manufacture specimens which have been mechanically tested leading to satisfactory results, indicating a very promising process for the production of reinforced polymers by additive manufacturing technology.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

The confinement of concrete structures has been used for reinforcement and rehabilitation of compressed structural elements, with the objective of increasing their strength capacity and ductility. Various types of reinforcement are used: metal pipes, fiber reinforced polymers, transverse reinforcement, among others. Understanding the stress-strain behavior of confined concrete columns is an important aspect to be considered in the design of these structural elements. This work presents a study of short columns of concrete confined by transverse reinforcement and fiber reinforced polymers subjected to the centered load, employing a nonlinear theoretical model that allows obtaining the stress-strain curves. Concrete columns with various strength levels and different cross-sectional shapes are considered. The employed model is modified according with the type of analyzed problem and a comparative analysis is carried out to verify the performance of the models, considering the experimental results from several examples of short columns confined available in the literature. / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O confinamento de estruturas de concreto vem sendo utilizado no reforço e reabilitação de peças comprimidas, com o objetivo de aumentar sua capacidade resistente e dutilidade. Vários tipos de reforços são usados: tubos metálicos, polímeros reforçados com fibras, armaduras transversais, entre outros. A compreensão do comportamento tensão-deformação de colunas de concreto confinadas é um aspecto importante a considerar para um projeto confiável desses elementos estruturais. Este trabalho apresenta um estudo de colunas curtas de concreto confinadas por armadura transversal e polímeros reforçados com fibras submetidas à carga centrada, empregando um modelo teórico não linear que permite a obtenção das curvas tensão-deformação. São considerados concretos de variadas resistências e diferentes formas de seção transversal. O modelo empregado é modificado se adequando aos diversos casos analisados, e para verificação do desempenho deste é realizada uma análise comparativa considerando os resultados experimentais provenientes de vários exemplos de colunas curtas confinadas disponíveis na literatura.

Esta dissertação contempla o estudo sobre os principais aspectos que norteiam as propostas normativas com critérios de dimensionamento de estruturas de concreto armado reforçadas com Polímeros Reforçados com Fibras (FRP). Este trabalho procura avaliar e discutir as metodologias de cálculo sugeridas pelas publicações American Concrete Institute (ACI) \"Committee 440\" e Fédération Internationale du béton (FIB) e propor um procedimento para a análise e dimensionamento do reforço aos esforços de flexão e discutir a importância do esforço cortante com relação à flexão. Primeiramente, efetuou-se uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte no que concerne ao dimensionamento de reforços com materiais compósitos de FRP. Em seguida, apresentou-se a análise da verificação de segurança de elementos reforçados à flexão segundo a perspectiva das publicações acima mencionadas: ACI440.2R (2017) e FIB Model Code (2010). Posteriormente, estabeleceu-se um estudo de análise comparativa entre os resultados experimentais encontrados na bibliografia, os previstos pelos referidos manuais para os modelos aqui estudados. Os valores máximos da capacidade resistente dos modelos serão confrontados e a importância do conhecimento das características dos materiais discutidos. Com tais informações sistematizaram-se os procedimentos de cálculo a se adotar em um projeto de reforço estrutural com sistemas compósitos de FRP, respeitando as propostas normativas que mais se adequam ao Brasil. / The present dissertation results from a study concerning the main design criteria for reinforced concrete structures through externally bonding Fibre-Reinforced Polymer (FRP) systems. This paper tries to evaluate and discuss the design methodologies proposed by the guidelines publications American Concrete Institute (ACI) \"Committee 440\" and Fédération Internationale du béton (FIB) and seek to propose a procedure for the analysis and design of FRP strengthened RC elements in bending and discuss the importance of shear stress regarding the bending efforts. Initially, a state-of-art concerning design criterias on the use of FRP composites is presented. Then, the analysis and procedures of the safety concept is exposed from the perspective of the publications: ACI440.2R (2017) and FIB Model Code 2010. After, it established a study of comparative analysis between the experimental results found in the bibliography and the ones predicted by international guidelines for beams and slabs. The maximum ultimate capacity of the strengthened element will be compared and confronted and the importance of the knowledge of the characteristics of the materials discussed. Finally, conclusions are drawn out and recommendations concerning the design and safety concepts are presented, respecting the guidelines proposals that are most appropriate to Brazil.