Este trabalho visa o projeto, modelagem e fabricação de estruturas multicamadas baseadas em polímeros para aplicações como sensores ópticos integrados. A grande motivação para este trabalho está no fato de que estas estruturas, diferente da geometria Mach-Zehnder, dispensam o uso de litografia pois são completamente planares. Isto permite uma diminuição no custo de fabricação dos dispositivos além de permitir que estruturas mais curtas sejam utilizadas. Em se tratando de óptica integrada, as dimensões reduzidas da estrutura impõem severas penalidades no processo de lançamento de potência óptica na mesma. Por isso, será considerada neste estudo a utilização de prismas para o acoplamento de entrada do acoplador. Esta técnica, além de reduzir drasticamente os problemas de alinhamento decorrentes de acoplamento convencional do tipo \"End Fire\", permite uma transferência de potência óptica superior a 80% entre a fibra e o guia retangular. As variações na transferência de potência entre os guias de ondas da estrutura multicamada serão medidas através de um fotodetetor MSM integrado ao sensor. Este detetor, além de sua extrema facilidade de fabricação e baixos custos, torna o conjunto sensor mais robusto. Em se tratando de uma proposta de plataforma para sensores, serão também investigadas possíveis aplicações para esta estrutura, como por exemplo: refratômetro integrado, sensor de glicose, sensor de adulteração de combustível, etc. A análise das estruturas será efetuada por meio de técnicas de modelagem analíticas (Técnica da Matriz de Transferência - TMT e Teoria de Modos Acoplados - TMA), e numéricas (Método da Propagação de Feixe de Ângulo Largo formulado em Diferenças Finitas - WA-FD-BPM). Esta última permite que a estrutura do fotodetetor seja levada em consideração simultaneamente nas simulações. / This work concerns with design, modeling and fabrication of polymer based planar multilayer structures for integrated optic sensor applications. The motivation for this work is that planar multilayer structures, differently from the Mach-Zehnder geometry, do not require a lithographic process. As a consequence, significantly cheaper and shorter structures can be realized. The reduced dimensions of the structure, by its turn, pose a severe penalty in terms of optical power coupling. Therefore, this investigation will focus primarily on input (and output) prism coupling configuration. This technique, besides reducing the alignment requirements observed for conventional end-fire coupling, allows optical power coupling efficiency as high as 80% from fiber to rectangular waveguide. Any optical power transfer between the waveguides of the multilayer structure will be detected by an MSM photodetector integrated with the sensor. This low cost photodetector, besides improving the structure robustness, is quite ease to fabricate. Since the idea of this work is to develop a platform for integrated optic sensors, it will also be investigated possible applications for this structure, such as: integrated optic refractometer, glucose sensor and fuel adulteration sensor. The analysis of such structures will be carried out by means of analythical (Transfer Matrix Technique-TMT and Coupled Mode Theory-CMT) and numerical (Wide-Angle Finite Difference Beam Propagation Method-WA-FD-BPM) modeling techniques. The WA-FD-BPM technique allows one to simulate the multilayer waveguide and the MSM photodetector simultaneously.

Muitas estruturas e elementos estruturais de concreto vêm sofrendo nas últimas décadas reações químicas deletérias do tipo álcali-agregado (RAA) no Brasil e no mundo. Essas reações geram expansões que podem comprometer a capacidade portante da estrutura, assim como o seu desempenho em serviço e sua durabilidade. Diagnosticar uma estrutura deteriorada pela RAA in loco é um assunto ainda pouco estudado, mas perfeitamente possível. Propor uma solução em termos de recuperação e/ou reforço é difícil e geralmente tem custo muito elevado, correndo-se o risco de que a solução, na maioria das vezes, seja ineficiente ou parcial. Até os dias atuais, não existe um consenso no meio técnico-científico no que tange a recuperação de estruturas afetadas por tal manifestação deletéria, devendo ser cada caso analisado de maneira única. No entanto, é consenso no meio técnico-científico que o ideal para combater a RAA é a prevenção. Para isto, torna-se necessário o desenvolvimento e a utilização de métodos experimentais, que possam de maneira antecipada detectar o risco da eventual futura reação deletéria. Este trabalho estuda os principais e mais utilizados métodos de ensaio para a análise de agregados e de combinações cimento/agregados em laboratório, fazendo ao seu final, uma análise crítica no que tange a eficiência e confiabilidade de cada um deles. Para o presente estudo, são utilizados seis agregados encontrados no Brasil, com quatro litologias diferentes (dois granitos, dois basaltos, um milonito e um quartzito). Entre os ensaios estudados, podem ser citados os métodos AMBT, (método acelerado de barras de argamassa), CPT (método dos prismas de concreto), ACPT (método acelerado de prismas de concreto) e ACPST (método acelerado de prismas de concreto imerso em solução), além de análises petrográficas através do microscópio ótico. Além da análise comparativa entre métodos de ensaio existentes, esta dissertação propõe ao meio técnico um novo método de ensaio, denominado ABCPT (método acelerado brasileiro de prismas de concreto). Este método foi desenvolvido com o intuito de possuir a confiabilidade de resposta do método CPT e a agilidade do ensaio ACPST. Os resultados demonstram que todos os métodos de ensaio realizados em concreto (CPT, ACPT, ACPST e ABCPT) possuem grande correlação entre si, podendo ser utilizado qualquer um deles para classificação da reatividade potencial de agregados em laboratório. Já o ensaio de barras de argamassa (AMBT) apresenta incongruências na análise e classificação de agregados quando comparado com os métodos realizados em concreto e a análise petrográfica. Portanto, os parâmetros que envolvem o ensaio como suas condições. / Many concrete structures have been suffering from alkali-aggregate reactions (AAR) since the last decades in Brazil and around the world. The reactions generate expansions that could compromise the strength of a concrete structure as well as its performance in service and its durability. Nowadays, it is completely possible to detect AAR in the field, but repair and reinforce a damaged structure is difficult, very expensive and in most cases inefficient or partial. There is no consensus in the market on how to repair and reinforce damaged structures. However, there is a consensus that the best way to face the problem is the prevention. This work studies the main test methods used to analyze aggregates and the combinations cement/aggregates in the laboratory and finally comparing them. In this work six Brazilian aggregates with four different lithologies (two granites, two basalts, one granite-gneiss and one quartzite) were used. Among the test methods studied were AMBT (accelerated mortar bar test), CPT (concrete prism test), ACPT (accelerated concrete prism test), ACPST (accelerated concrete prism soaked test) and petrographic analysis. Beyond the comparison among used tests, this work presents the attempt to develop a new accelerated test method. The test was called ABCPT (accelerated Brazilian concrete prism test), and it was developed with the aim of being as reliable as CPT and as fast as the ACPST. The results show that all concrete test methods (CPT, ACPT, ACPST and ABCPT) have good correlation among them, and anyone can be used to classify and analyze aggregates in the laboratory. On the other hand, the AMBT test method has showed different classifications for the same aggregates when compared to the concrete test methods and petrographic analysis. Therefore, its parameters need to be rethought and improved.

O objetivo deste trabalho é identificar e correlacionar as propriedades mecânicas do concreto e da argamassa de assentamento com o comportamento estrutural de blocos vazados de concreto, prismas e paredes, por meio de modelagem física e numérica. Realizou-se detalhada investigação experimental, recorrendo à premissa metodológica de se utilizar um mesmo concreto, de consistência plástica, para a moldagem de blocos vazados e corpos-de-prova cilíndricos, para assegurar propriedades idênticas dos materiais em cada série de ensaios. Analisou-se o efeito de confinamento que se apresenta nos ensaios de blocos isolados, o qual induz uma distribuição não-uniforme de deformações e acarreta aumento da sua capacidade resistente em relação à resistência à compressão do concreto. Em ensaios nos quais se reduziu o efeito de confinamento, constatou-se que os blocos apresentam menor capacidade resistente e alteração do modo de ruína, decorrente da distribuição mais uniforme das deformações, similar àquela que se observa nos blocos centrais dos prismas e paredes. Analisou-se também a influência do efeito de confinamento e do processo de cura das juntas de argamassa e se associou parâmetros indicativos do seu comportamento à capacidade resistente e ao modo de ruína de prismas e paredes. As propriedades mecânicas dos materiais, obtidas experimentalmente, foram implementadas em um modelo numérico de elementos finitos, que se mostrou capaz de representar o comportamento dos diversos elementos de alvenaria submetidos à compressão, com boa predição da resistência, deformabilidade e modo de ruína. Com base nos resultados numéricos e experimentais, estabeleceu-se um modelo de interpretação da distribuição de tensões e deformações nos blocos vazados de concreto, o que resultou na recomendação de um procedimento para determinação de sua rigidez axial. Associou-se também o efeito da resistência e da deformabilidade da argamassa no comportamento estrutural dos prismas e paredes. Correlações e formulações algébricas foram estabelecidas para análise do comportamento e previsão quantitativa da resistência e da deformabilidade de blocos, prismas e paredes. / This work aims to identify and correlate the mechanical properties of concrete and bedding mortar to the structural behavior of hollow concrete blocks, prisms and walls, by mean of physical and numerical modeling. A detailed experimental investigation was carried out by assuming as a premise the use of plastic consistency concrete to produce hollow blocks and cylindrical samples. This was done to assure the same material properties in each test series. Confinement effect in block compression tests causes a non-uniform strain distribution through face-shells and webs. This effect induces an increase of the block ultimate load. Modified block tests by reducing the confinement effect were performed. The results showed that confinement reduction brings a more uniform strain distribution, which is similar to the observed one in the central blocks of prisms and walls. A decrease of compressive strength and changes the failure mode were also evidenced. Confinement effect and influence of water loss during the curing of mortar joints were also considered. Indicative parameters about bedding mortar behavior were obtained and the resistant capacity and the failure mode of prisms and walls were associated to them. The mechanical properties of materials obtained in tests were implemented in a finite elements numerical model to analyze the behaviour of masonry elements under compression. The numerical analysis gave good predictions of strength, deformability and failure mode. Based on the numerical and experimental results, a stress and strain distribution model was realized, which enabled an experimental procedure for the determination of the block axial stiffness. Correlations and algebraic formulation were proposed for the behavior analysis and quantitative evaluation of strength and deformability of blocks, prisms and walls.

Este trabalho visa o projeto, modelagem e fabricação de estruturas multicamadas baseadas em polímeros para aplicações como sensores ópticos integrados. A grande motivação para este trabalho está no fato de que estas estruturas, diferente da geometria Mach-Zehnder, dispensam o uso de litografia pois são completamente planares. Isto permite uma diminuição no custo de fabricação dos dispositivos além de permitir que estruturas mais curtas sejam utilizadas. Em se tratando de óptica integrada, as dimensões reduzidas da estrutura impõem severas penalidades no processo de lançamento de potência óptica na mesma. Por isso, será considerada neste estudo a utilização de prismas para o acoplamento de entrada do acoplador. Esta técnica, além de reduzir drasticamente os problemas de alinhamento decorrentes de acoplamento convencional do tipo \"End Fire\", permite uma transferência de potência óptica superior a 80% entre a fibra e o guia retangular. As variações na transferência de potência entre os guias de ondas da estrutura multicamada serão medidas através de um fotodetetor MSM integrado ao sensor. Este detetor, além de sua extrema facilidade de fabricação e baixos custos, torna o conjunto sensor mais robusto. Em se tratando de uma proposta de plataforma para sensores, serão também investigadas possíveis aplicações para esta estrutura, como por exemplo: refratômetro integrado, sensor de glicose, sensor de adulteração de combustível, etc. A análise das estruturas será efetuada por meio de técnicas de modelagem analíticas (Técnica da Matriz de Transferência - TMT e Teoria de Modos Acoplados - TMA), e numéricas (Método da Propagação de Feixe de Ângulo Largo formulado em Diferenças Finitas - WA-FD-BPM). Esta última permite que a estrutura do fotodetetor seja levada em consideração simultaneamente nas simulações. / This work concerns with design, modeling and fabrication of polymer based planar multilayer structures for integrated optic sensor applications. The motivation for this work is that planar multilayer structures, differently from the Mach-Zehnder geometry, do not require a lithographic process. As a consequence, significantly cheaper and shorter structures can be realized. The reduced dimensions of the structure, by its turn, pose a severe penalty in terms of optical power coupling. Therefore, this investigation will focus primarily on input (and output) prism coupling configuration. This technique, besides reducing the alignment requirements observed for conventional end-fire coupling, allows optical power coupling efficiency as high as 80% from fiber to rectangular waveguide. Any optical power transfer between the waveguides of the multilayer structure will be detected by an MSM photodetector integrated with the sensor. This low cost photodetector, besides improving the structure robustness, is quite ease to fabricate. Since the idea of this work is to develop a platform for integrated optic sensors, it will also be investigated possible applications for this structure, such as: integrated optic refractometer, glucose sensor and fuel adulteration sensor. The analysis of such structures will be carried out by means of analythical (Transfer Matrix Technique-TMT and Coupled Mode Theory-CMT) and numerical (Wide-Angle Finite Difference Beam Propagation Method-WA-FD-BPM) modeling techniques. The WA-FD-BPM technique allows one to simulate the multilayer waveguide and the MSM photodetector simultaneously.

O objetivo deste trabalho é identificar e correlacionar as propriedades mecânicas do concreto e da argamassa de assentamento com o comportamento estrutural de blocos vazados de concreto, prismas e paredes, por meio de modelagem física e numérica. Realizou-se detalhada investigação experimental, recorrendo à premissa metodológica de se utilizar um mesmo concreto, de consistência plástica, para a moldagem de blocos vazados e corpos-de-prova cilíndricos, para assegurar propriedades idênticas dos materiais em cada série de ensaios. Analisou-se o efeito de confinamento que se apresenta nos ensaios de blocos isolados, o qual induz uma distribuição não-uniforme de deformações e acarreta aumento da sua capacidade resistente em relação à resistência à compressão do concreto. Em ensaios nos quais se reduziu o efeito de confinamento, constatou-se que os blocos apresentam menor capacidade resistente e alteração do modo de ruína, decorrente da distribuição mais uniforme das deformações, similar àquela que se observa nos blocos centrais dos prismas e paredes. Analisou-se também a influência do efeito de confinamento e do processo de cura das juntas de argamassa e se associou parâmetros indicativos do seu comportamento à capacidade resistente e ao modo de ruína de prismas e paredes. As propriedades mecânicas dos materiais, obtidas experimentalmente, foram implementadas em um modelo numérico de elementos finitos, que se mostrou capaz de representar o comportamento dos diversos elementos de alvenaria submetidos à compressão, com boa predição da resistência, deformabilidade e modo de ruína. Com base nos resultados numéricos e experimentais, estabeleceu-se um modelo de interpretação da distribuição de tensões e deformações nos blocos vazados de concreto, o que resultou na recomendação de um procedimento para determinação de sua rigidez axial. Associou-se também o efeito da resistência e da deformabilidade da argamassa no comportamento estrutural dos prismas e paredes. Correlações e formulações algébricas foram estabelecidas para análise do comportamento e previsão quantitativa da resistência e da deformabilidade de blocos, prismas e paredes. / This work aims to identify and correlate the mechanical properties of concrete and bedding mortar to the structural behavior of hollow concrete blocks, prisms and walls, by mean of physical and numerical modeling. A detailed experimental investigation was carried out by assuming as a premise the use of plastic consistency concrete to produce hollow blocks and cylindrical samples. This was done to assure the same material properties in each test series. Confinement effect in block compression tests causes a non-uniform strain distribution through face-shells and webs. This effect induces an increase of the block ultimate load. Modified block tests by reducing the confinement effect were performed. The results showed that confinement reduction brings a more uniform strain distribution, which is similar to the observed one in the central blocks of prisms and walls. A decrease of compressive strength and changes the failure mode were also evidenced. Confinement effect and influence of water loss during the curing of mortar joints were also considered. Indicative parameters about bedding mortar behavior were obtained and the resistant capacity and the failure mode of prisms and walls were associated to them. The mechanical properties of materials obtained in tests were implemented in a finite elements numerical model to analyze the behaviour of masonry elements under compression. The numerical analysis gave good predictions of strength, deformability and failure mode. Based on the numerical and experimental results, a stress and strain distribution model was realized, which enabled an experimental procedure for the determination of the block axial stiffness. Correlations and algebraic formulation were proposed for the behavior analysis and quantitative evaluation of strength and deformability of blocks, prisms and walls.

Muitas estruturas e elementos estruturais de concreto vêm sofrendo nas últimas décadas reações químicas deletérias do tipo álcali-agregado (RAA) no Brasil e no mundo. Essas reações geram expansões que podem comprometer a capacidade portante da estrutura, assim como o seu desempenho em serviço e sua durabilidade. Diagnosticar uma estrutura deteriorada pela RAA in loco é um assunto ainda pouco estudado, mas perfeitamente possível. Propor uma solução em termos de recuperação e/ou reforço é difícil e geralmente tem custo muito elevado, correndo-se o risco de que a solução, na maioria das vezes, seja ineficiente ou parcial. Até os dias atuais, não existe um consenso no meio técnico-científico no que tange a recuperação de estruturas afetadas por tal manifestação deletéria, devendo ser cada caso analisado de maneira única. No entanto, é consenso no meio técnico-científico que o ideal para combater a RAA é a prevenção. Para isto, torna-se necessário o desenvolvimento e a utilização de métodos experimentais, que possam de maneira antecipada detectar o risco da eventual futura reação deletéria. Este trabalho estuda os principais e mais utilizados métodos de ensaio para a análise de agregados e de combinações cimento/agregados em laboratório, fazendo ao seu final, uma análise crítica no que tange a eficiência e confiabilidade de cada um deles. Para o presente estudo, são utilizados seis agregados encontrados no Brasil, com quatro litologias diferentes (dois granitos, dois basaltos, um milonito e um quartzito). Entre os ensaios estudados, podem ser citados os métodos AMBT, (método acelerado de barras de argamassa), CPT (método dos prismas de concreto), ACPT (método acelerado de prismas de concreto) e ACPST (método acelerado de prismas de concreto imerso em solução), além de análises petrográficas através do microscópio ótico. Além da análise comparativa entre métodos de ensaio existentes, esta dissertação propõe ao meio técnico um novo método de ensaio, denominado ABCPT (método acelerado brasileiro de prismas de concreto). Este método foi desenvolvido com o intuito de possuir a confiabilidade de resposta do método CPT e a agilidade do ensaio ACPST. Os resultados demonstram que todos os métodos de ensaio realizados em concreto (CPT, ACPT, ACPST e ABCPT) possuem grande correlação entre si, podendo ser utilizado qualquer um deles para classificação da reatividade potencial de agregados em laboratório. Já o ensaio de barras de argamassa (AMBT) apresenta incongruências na análise e classificação de agregados quando comparado com os métodos realizados em concreto e a análise petrográfica. Portanto, os parâmetros que envolvem o ensaio como suas condições. / Many concrete structures have been suffering from alkali-aggregate reactions (AAR) since the last decades in Brazil and around the world. The reactions generate expansions that could compromise the strength of a concrete structure as well as its performance in service and its durability. Nowadays, it is completely possible to detect AAR in the field, but repair and reinforce a damaged structure is difficult, very expensive and in most cases inefficient or partial. There is no consensus in the market on how to repair and reinforce damaged structures. However, there is a consensus that the best way to face the problem is the prevention. This work studies the main test methods used to analyze aggregates and the combinations cement/aggregates in the laboratory and finally comparing them. In this work six Brazilian aggregates with four different lithologies (two granites, two basalts, one granite-gneiss and one quartzite) were used. Among the test methods studied were AMBT (accelerated mortar bar test), CPT (concrete prism test), ACPT (accelerated concrete prism test), ACPST (accelerated concrete prism soaked test) and petrographic analysis. Beyond the comparison among used tests, this work presents the attempt to develop a new accelerated test method. The test was called ABCPT (accelerated Brazilian concrete prism test), and it was developed with the aim of being as reliable as CPT and as fast as the ACPST. The results show that all concrete test methods (CPT, ACPT, ACPST and ABCPT) have good correlation among them, and anyone can be used to classify and analyze aggregates in the laboratory. On the other hand, the AMBT test method has showed different classifications for the same aggregates when compared to the concrete test methods and petrographic analysis. Therefore, its parameters need to be rethought and improved.