Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialidade em Construções). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-06-03T23:57:10Z No. of bitstreams: 1 FelipeMoraisFernandesSerafim_DISSERT.pdf: 2615030 bytes, checksum: c5cdd1f3e33cd45acd31d95163c78d6a (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-06-07T20:57:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FelipeMoraisFernandesSerafim_DISSERT.pdf: 2615030 bytes, checksum: c5cdd1f3e33cd45acd31d95163c78d6a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T20:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FelipeMoraisFernandesSerafim_DISSERT.pdf: 2615030 bytes, checksum: c5cdd1f3e33cd45acd31d95163c78d6a (MD5) Previous issue date: 2015-11-16 / O trabalho objetiva investigar o uso de uma estrutura de sanduiche h?brida formada com tecido de fibras de kevlar (Kevlar 49), manta de fibras de vidro do tipo E e particulado do endocarpo do coco seco (Cocos Nuc?fera Linn), tendo como matriz a base de resina termofixa de tereftalato de poli?ster para o uso em ?reas de equipamento de prote??o. O processo de fabrica??o adotado foi o de lamina??o manual (hand lay up) para confeccionar a estrutura h?brida. Para caracterizar o comportamento mec?nico e f?sico foi fabricada uma placa de 800x700 mm? do painel h?brido, da qual foram preparados corpos de prova para os ensaios de absor??o de umidade, tra??o uniaxial, densidade volumetrica, impacto (Charpy) e testes bal?sticos. Este ?ltimo foi aplicado para que fosse feito um estudo comparativo da fratura bal?stica causada pela penetra??o do projetil bal?stico de calibre 38 e 380, N?vel I e N?vel III, respectivamente. Houve tamb?m analise do di?metro de entrada e sa?da do projetil, como da ?rea de dano delaminada. Para o ensaio de Impacto (Charpy), foram analisadas a energia absorvida e a caracter?stica da fratura, para, assim, ser analisado o comportamento da configura??o proposta. Todos os testes realizados tem por finalidade a aplica??o nas ?reas de equipamento contra impacto bal?stico, tais como, capacetes; coletes ? prova de bala; blindagens; embalagens de prote??o entre outros itens a serem identificados nesta pesquisa. Os resultados obtidos apontam para aplica??es onde envolvem solicita??es trativas para este material, por?m, o mesmo obteve valores baixos de energia absorvida no ensaio de impacto. No teste bal?stico, houve penetra??o total das placas, mas com significativa ?rea delaminada. / This work aims to study and investigate the use of a hybrid composite polymer formed with blanket aramid (Kevlar 29) fiber blanket flax fiber and particulate dry endocarp of coconut (Cocos nucifera Linn), using as matrix an epoxy resin based thermoset for use in areas of protective equipment. Besides such material is used an aluminum plate, joined to the composite by means of glue based on epoxy and araldite commercial. The manufacturing process adopted was manual lamination (Hand Lay Up) to manufacture the hybrid composite. After the composite is prepared, an aluminum plate is subjected to pressure and glued to cure the adhesive. Layers of veil will also be used to separate the particulate from the linen blanket layer without disturbing the alignment of the fibers of the blankets. To characterize the mechanical and physical behavior was manufactured a plate of 800 x 600 mm of the hybrid composite, which were removed specimens for tests of water absorption to saturation; density; impact test (Charpy) and two test specimens for ballistic testing 220 mm x 200 mm to make a comparative study between the dry state and saturated water absorption and thus see the ballistic performance of these two conditions. The test was applied to make a comparative study of fracture in these two conditions, caused by penetrating ballistic missile (38 and 380). To test the impact (Charpy) will analyze the absorbed energy, fracture appearance and lateral contraction, also in dry condition and saturation of absorbed water, thereby analyzing situations where the impact load is relevant, such as bumps and shocks produced by stone, metal or wooden bars among others. The proposed configuration, along with the tests, has the purpose, application in the fields of equipment against ballistic impact, such as helmets; bullet proof vests; shields; protective packaging and other items to be identified in this research.

[pt] As três medidas de sobrevivência logo após a ocorrência de desastres ambientais, de acordo com a Cruz Vermelha Internacional, são: o fornecimento de alimentos, medicação e abrigo. O objetivo deste trabalho é propor uma solução sustentável para atender às famílias desabrigadas em desastres ambientais, imediatamente. Para viabilizar o provimento de abrigo num curto espaço de tempo foi desenvolvido um painel de bambu, tipo sanduíche, utilizando-se uma composição de materiais naturais como: bambu e óleo de mamona, e placas de resíduos reciclados, que não são poluentes, têm baixo custo e baixo consumo de energia. Para a montagem dos painéis foram utilizadas placas recicladas nas faces e o núcleo de bambu em estrutura alveolar que é fixado às placas através de adesivo de poliuretano vegetal, à base de óleo de mamona. O comportamento mecânico do painel sanduíche de bambu desenvolvido neste trabalho foi analisado para aplicação em edificações. Este é um estudo pioneiro, não foram encontradas referências no Brasil nem no exterior, nem estudos semelhantes. O resultado deste estudo é um abrigo modular, em que o módulo proposto é o núcleo de uma habitação que poderá ser expandida e se tornar definitiva. O abrigo é também desmontável podendo ser recolhido e transportado para outros lugares onde haja necessidade. / [en] The International Red Cross listed the three relief priorities in Environmental Disasters: food, medicine and shelter. Providing shelter allows quickly returning to normal life, and keeps families connected. Furthermore establishing the routine stimulates the reconstruction of affected areas. This work presents a quick solution aligned to concepts of sustainability, green building and waste recycling, to catch up affected families needs on environmental disasters events. In order to provide shelter in a very short time, a sandwich panel composed of a bamboo honeycomb core was developed, in a new approach of bamboo utilization, and recycled material panels glued with castor oil resin. The material used are natural and non pollutant, recycled, low-carbon, low-cost housing and low energy consumption. A sandwich panel was developed and its mechanical behavior analyzed for building applications. The main objective of this work was developing a resistant material, ecologic, sustainable, using residues, and local, ingenious and natural materials, that must be strong enough to substitute conventional materials and, at the same time economically feasible, to address emergency sheltering. As a result, a modular shelter is proposed, in which the minimum module is like a core house nevertheless it can be expanded turn in a permanent home. The shelter is also portable as it can be collected and transferred to other places, wherever needed.

[pt] O presente trabalho propõe-se a analisar o comportamento mecânico de painéis sanduíche constituídos por duas camadas externas de compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, separadas por um núcleo de concreto celular autoclavado (CCA). Cada placa de material compósito foi moldada diretamente sobre a superfície de um bloco de CCA, por meio da disposição manual de três camadas unidirecionais de fibras longas de curauá. Visando prover maior durabilidade ao compósito, desenvolveu-se uma matriz com baixo teor de hidróxido de cálcio, substituindo uma parcela do cimento por materiais pozolânicos. Ensaios de caracterização da matriz, dos filamentos de curauá e dos blocos de CCA foram realizados para a obtenção de suas propriedades independentes. Os compósitos foram submetidos a ensaios de arrancamento do tecido, tração direta e flexão a quatro pontos para a avaliação de diferentes aspectos de seus mecanismos de fissuração, resistência e capacidade de deformação. Zonas de carregamento foram indicadas em cada caso para demonstrar o comportamento padrão dos compósitos. Os painéis sanduíche, por sua vez, foram analisados em termos de interface, por meio de ensaios de aderência e micrografias da superfície de transição dos materiais, e de desempenho mecânico, por ensaios de flexão a quatro pontos cíclicos e monotônicos. Esses últimos forneceram a rigidez, capacidade de carga e deflexão dos painéis sanduíche, tal como as principais propriedades de seus elementos: para o núcleo, a resistência ao cisalhamento e o módulo de cisalhamento, e para as lâminas, a resistência à compressão e à tração. Os ensaios cíclicos testaram a resistência do material a séries de carregamento-descarregamento, enquanto ensaios de aderência foram utilizados para verificar a interface entre os compósitos laminados e o núcleo de CCA. Os resultados indicaram um desempenho satisfatório dos painéis sanduíche, uma vez que os compósitos foram capazes de lhes fornecer um comportamento de strain/deflection hardening, aumentando sua resistência e tenacidade. A adesão entre lâminas-núcleo mostrou-se eficaz, de maneira que os diferentes materiais compreendidos demonstraram interação adequada entre si, bem como propriedades complementares. Dentre os objetivos desse trabalho, encontra-se o desenvolvimento de um material sustentável, leve, resistente e tenaz, de modo que constitua uma alternativa promissora e de baixo custo a aplicações de Engenharia. / [en] This present work aims to analyze the mechanical behavior of sandwich panels consisting of two outer layers of natural fiber-reinforced cementitious composites separated by a core layer of autoclaved aerated concrete (AAC). The molding of each composite layer was made directly on the surface of an AAC block, by manually arranging three layers of long unidirectional aligned curauá fibers in the mortar. In order to increase the composite durability, a matrix with a low content of calcium hydroxide was developed, where the Portland cement was partially replaced by pozzolanic materials. Characterization tests of the matrix, the curauá filaments and the AAC blocks were performed to obtain their independent properties. The composites were submitted to fabric pull-out tests, direct tensile tests and four-point bending to evaluate different aspects of their cracking mechanisms, strength and deformation capacity. Loading zones were indicated in each case to demonstrate the standard composite behavior. The sandwich panels, on the other hand, were analyzed in terms of interface, through pull-off tests and SEM images of the materials transition surface, and mechanical performance, by means of cyclic and monotonic four-point bending tests. The latter registered the rigidity, load capacity and deflection of the sandwich panels, as well as the main properties of their elements: for the core, shear strength and shear modulus, and for the skin layers, compressive strength and tensile strength. Cyclic tests evaluated the resistance of the material to loading-unloading cycles, while pull-off tests were used to verify the interface between the laminated composites and the AAC core. The results indicated a satisfactory performance of the sandwich panels, since the composite layers provided a strain/deflection hardening behavior to the material, increasing its flexural strength and toughness. The adhesion between the layers and the core proved to be effective, so that the comprised materials displayed adequate interaction between each other, as well as complementary properties. Among the objectives of this work is the development of a sustainable, lightweight, resistant and tough material, in a way that it represents a promising and low-cost alternative to Engineering applications.

[pt] Os materiais e processos atualmente utilizados pela indústria naval na construção de embarcações de lazer em materiais compósitos apresentam diversos riscos à saúde do trabalhador. Resinas, tintas e vernizes liberam vapores tóxicos durante sua cura num processo que pode durar até sete dias. O presente trabalho, de maneira prática, buscou adaptar técnicas consagradas a materiais inovadores no estudo de processos produtivos alternativos, onde o contato do trabalhador com substâncias tóxicas fosse mitigado. Num primeiro momento procurou-se entender as propriedades das fibras e resinas de origem vegetal e seu potencial no desenvolvimento de materiais compósitos, bem como o estado da arte em que se encontravam as pesquisas correlatas no LILD (Laboratório de Investigação em Living Design da PUC-Rio). Em seguida, rabalhou-se no desenvolvimento de painéis em sanduíche laminados a vácuo. Por fim, as etapas se concatenam na construção de uma pequena embarcação a vela. Durante o processo construtivo e o convívio laboratorial buscou-se estabelecer relações com os métodos e materiais convencionais, situando a pesquisa mais no campo da técnica do que em um estudo puro da resistência dos materiais. Acreditamos que as características de trabalho são tão importantes quanto a resistência do material, principalmente quando se atua diretamente no processo construtivo. Desta forma, procuramos por materiais disponíveis e técnicas de simples implementação, com um mínimo de investimento em infra-estrutura e mão de obra, em busca de uma embarcação confiável. Técnicas de trabalho com materiais compósitos foram testadas devido as características do projeto da embarcação, uma canoa outrigger a vela: colagem, hand lay-up e laminação a vácuo. Os resultados foram promissores, traduzidos numa embarcação robusta e, ainda assim, leve e graciosa. / [en] Composite boatbuilding methods used nowadays represent several risks to worker s health. Resins, hardeners and varnishes liberate toxic organic vapors in the curing process that can take up to 7 days. The present work tried in a practical approach to adapt innovative materials with standard building methods in the research for an alternative productive process that can mitigate workers exposure to toxic substances. At first, we focused on understanding the properties of natural fibers and castor oil polyurethane resins and their potential possibilities on the development of composite materials, as well as understanding the state-of-art of correlated researches at LILD (living design free investigation laboratory). Afterwards, we developed vacuum bagged sandwich composite panels with the studied materials, which finally were used to build of a small sailing craft. Several issues were brought to debate during workshop cooperative work. Establishing connection with conventional boatbuilding methods showed the research was about technique instead of material resistance. We believe that the practical daily construction needs are as much important as the material resistance itself, especially if you aim to work directly on the building process. With that in mind we went for available materials and simple low cost technologies in the search for a reliable boat. Several composite materials techniques were tested due to the boat s project characteristics (an outrigger sailing canoe): bonding, hand lay-up, vacuum bagging etc. Results were promising, shown on a robust yet light and graceful vessel.

[pt] As CVSs têm sido amplamente descritas em línguas orais e são produtivas em línguas de sinais. Elas se caracterizam como estruturas multiverbais sem elemento coordenador manifesto, apresentando compartilhamento de marcadores funcionais e de argumentos interno e externo, semântica de evento único e prosódia monossentencial. O objetivo deste trabalho é apresentar uma caracterização a partir de dados translinguísticos e intermodais, sugerindo uma análise formal para o fenômeno com base em uma caracterização pioneira dessas construções em Libras. Duas tarefas de aceitabilidade gramatical, utilizando a técnica playback, foram conduzidas com a participação de surdos nativos de Libras, abordando sequências verbais seriadas simétricas e assimétricas. Essa metodologia permitiu a obtenção de dados robustos sobre a estrutura e o uso das CVSs em Libras. As observações empíricas indicam, primeiramente, que as sentenças com empilhamento verbal em Libras são distintas em termos semânticos e sintáticos quando comparadas às sentenças com coordenação, tanto a coordenada explícita quanto a encoberta. Além disso, as CVSs em Libras demonstraram ser produtivas e apresentaram restrições semelhantes às observadas na literatura para línguas orais e de sinais. Identificou-se também a produtividade das CVSs-sanduíches em Libras, que, apesar de compartilhar algumas semelhanças com CVSs em outras línguas de sinais, comportam-se de maneira distinta, funcionando como estruturas de foco com reduplicação verbal. Adicionalmente, foram observadas as sequências de verbos AB com mudança de perspectiva, embora sejam menos produtivas. Estas se distanciam de estruturas passivas convencionais, assemelhando-se mais a predicados complexos. Com base na literatura sobre o fenômeno e nos dados obtidos em Libras, a análise teórica adotada sugere que as CVSs em Libras envolvem a gramaticalização de um dos componentes verbais seriados, atuando como marcador de aspecto e sendo incorporado na estrutura como um elemento periférico à estrutura argumental projetada pelo verbo não gramaticalizado. Este estudo oferece uma contribuição significativa para o entendimento das CVSs em línguas de sinais, demonstrando a complexidade intrínseca da estrutura linguística em Libras. Além disso, abre perspectivas para futuras pesquisas na área da linguística de línguas de sinais e para uma caracterização mais robusta das CVSs nas línguas naturais. / [en] Serial verb constructions (SVCs) have been extensively described in oral languages and are also productive in sign languages. These are characterized as multi-verb sequences without manifestation of a coordinator or subordinatior element. These sequences share functional marker related to tense, aspect and negation, and the external and the internal arguments. They denote a single event and have monosentential prosody. The aim of this work is to present a characterization of SVCS, based on crosslinguistic and intermodal data, proposing a formal analysis for the phenomenon built upon first-hand data from Libras. Two grammaticality judgment tasks using the playback technique were conducted with the participation of native Libras signers, addressing both symmetric and asymmetric SVCs. Our observations indicate, firstly, that multiverb sequences in Libras are distinct in semantic and syntactic terms when compared to overt and covert coordinated sentences. SVCs proved to be productive in Libras and exhibited restrictions like those documented in the literature for oral languages and other sign languages. Sandwiched SVCs are also productive in Libras, but despite sharing some similarities with SVCs in other sign languages, behave differently, functioning as focus structures with verbal reduplication. Sequences of AB verbs with change of perspective, while less productive, were also observed. These contrast with conventional passive structures, resembling more complex predicate structures. Based on the theoretical and typological literature and on the data collected in Libras, we adopted a syntactic analysis in which SVCs involve grammaticalization of one of the verbs sequences. This grammaticalized form serves as an aspect marker, heading an aspect projection at the left periphery of the argument structure projected by the non-grammaticalized verb. This study offers a significant contribution to the understanding of SVCs in sign languages, demonstrating the intrinsic complexity of Libras grammar. Moreover, it opens new avenues for research in the field of sign language linguistics and for a more robust characterization of SVCs in natural languages.

[pt] As cascas cilíndricas possuem aplicações em diversas áreas da engenharia. Nas últimas décadas tem se observado o surgimento de novos materiais e suas técnicas de produção, levando a novas aplicações em estruturas de cascas. Dentre estas, as cascas sanduíche e cascas com gradação funcional têm levado, em muitas aplicações, a um melhor desempenho estrutural associado a uma redução de peso. Este trabalho tem como objetivo estudar as frequências naturais e as cargas críticas de cascas sanduíche com faces de metal e núcleo de espuma metálica e cascas com gradação funcional, onde as características da espuma metálica variam ao longo da espessura levando a uma estrutura similar à da casca sanduíche. Esses resultados são comparados com aqueles de cascas isotrópicas homogêneas. Para tanto, é utilizada a teoria linear de Donnell, que é uma das mais empregadas para análise de cascas. Primeiramente, derivam-se as equações de movimento assim como as equações de equilíbrio crítico. Utilizando as soluções analíticas para uma casca simplesmente apoiada, obtêm-se as matrizes de massa, de rigidez e de rigidez geométrica, possibilitando o cálculo das frequências naturais e cargas críticas da casca sob compressão axial e pressão lateral. Através de uma análise paramétrica, os resultados mostram a influência da geometria da casca, da variação do material ao longo da espessura, do cisalhamento no núcleo e dos termos de inércia nas cargas críticas e frequências naturais. Os resultados também ressaltam a influência do núcleo de espuma metálica no aumento da capacidade de carga e redução de peso das cascas sanduíche e com gradação funcional. / [en] Cylindrical shells are used in several areas of engineering fields. In the last decades has been observed the emergence of new materials and their production techniques, leading to new applications in shell structures. Among these, the sandwich shells and shell with functionally graded materials have led, in many applications, to a better structural performance associated to a reduction of weight. This work aims to study the natural frequencies and the critical loads of sandwich shells with metal faces and metal foam core and functionally graded shells, where the characteristics of the metallic foam vary throughout the thickness leading to a structure similar to that of the sandwich shell. These results are compared with those of homogeneous isotropic shells. For this, the linear theory of Donnell, which is one of the most used for shell analysis, is here used. First, the equations of motion as well as the critical equilibrium equations are derived. Using the analytical solutions for a simply supported shell, the mass, stiffness and geometric stiffness matrices are obtained, allowing the calculation of the natural frequencies and critical loads of the shell under axial compression and lateral pressure. Through a parametric analysis, the results show the influence of the shell geometry, material variation along the shell thickness, shear deformation of the core and the inertia terms on the critical loads and natural frequencies. The results also highlight the influence of the metallic foam core in increasing the load bearing capacity and reducing the weight of the sandwich and functionally graded shells.