Desenvolvimento e estudo do comportamento reológico e desempenho mecânico de concretos asfálticos modificados com nanocompósitos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2014Este trabalho apresenta o estudo do comportamento reológico e desempenho mecânico de misturas asfálticas modificadas com nanocompósitos. O objetivo central da pesquisa foi o desenvolvimento de misturas de concreto asfáltico nanomodificadas, com propriedades reológicas e mecânicas superiores à mistura de concreto asfáltico convencional, obtendo-se assim, misturas asfálticas menos susceptíveis aos principais mecanismos de deterioração dos revestimentos asfálticos brasileiros, trincamento por fadiga e deformação permanente. Dois tipos de nanomateriais (nanoargila e nanotubo de carbono) foram selecionados como cargas de reforço para a matriz asfáltica pura (CAP 50-70). Produziu-se 3 nanocompósitos asfálticos para cada nanomaterial estudado, diferenciados pelo teor de incorporação (1%, 2% e 3%) em peso do ligante asfáltico 50-70. Avaliaram-se as propriedades empíricas e reológicas (especificação Superpave) de cada nanocompósito desenvolvido, juntamente com o ligante asfáltico 50-70, e selecionou-se um nanocompósito de cada nanomaterial para a formulação de misturas asfálticas. A partir da dosagem Superpave foram produzidas 3 misturas asfáltica, uma constituída do ligante asfáltico 50-70 (referência) e as outras duas nanomodificadas pelos nanocompósitos selecionados (NA-3% e NTC-2%). Todas as misturas asfálticas foram submetidas aos ensaios de resistência à ação deletéria da água no ensaio de Lottman modificado, deformação permanente no simulador francês (LCPC), módulo complexo e resistência à fadiga no aparato quatro pontos. Os resultados obtidos demonstraram melhor comportamento reológico e desempenho mecânico das misturas nanomodificadas. Neste sentido, maior módulo complexo, menor ângulo de fase, maior resistência aos danos por umidade induzida, maior resistência à deformação permanente e fadiga foram obtidas pelas misturas nanomodificadas. O efeito benéfico dos nanomateriais é comprovado na simulação numérica da estrutura de um pavimento. Os revestimentos nanomodificados com nanoargila (NA-3%) e nanotubo de carbono (NTC-2%) apresentam um incremento na vida útil, no tocante à ruptura por fadiga, de 4,6 vezes e 6 vezes mais, respectivamente. A principal conclusão da pesquisa é a obtenção de misturas asfálticas com propriedades superiores à convencional, a partir da incorporação de materiais em escala nanométrica (nanotubo de carbono e nanoargila).Abstract: This research presents a study of rheological behavior and mechanical performance of nanocomposite-modified asphalt mixes. The main objective of this research was to develop nano-modified asphalt concrete mixes with rheological and mechanical proprieties are higher than standard asphalt concrete mixes, thus obtaining asphalt mixes less susceptible to the main deterioration mechanisms of Brazilian asphalt coatings, fatigue cracking and permanent deformation. Two types of nanomaterials (nanoclay and carbon nanotubes) were selected as reinforcement additives to pure asphalt matrix (CAP 50-70). Three (3) asphalt nanocomposites were produced for each nanomaterial studied, distinguished by rate of incorporation (1%, 2% and 3%) in 50-70 asphalt binder weight. Rheological and empiric proprieties of each developed nanocomposite were assessed (Superpave specifications), along with 50-70 asphalt binder, and one nanocomposite of each nanomaterial was selected to formulate asphalt mixes. Three asphalt mixes were produced from the Superpave dosage, one composed of asphalt binder 50-70 (reference) and the others nanomodified by the selected nanocomposites (NA-3% and NTC-2%). All asphalt mixes were submitted to strenght tests of deleterious action of water in modified Lottman test, permanent deformation in the French simulator (LCPC), complex modulus and fatigue life on four point bending test. The results obtained demonstrated the best rheological behavior and mechanical performance of nanomodified mixes. Thus, higher complex modulus, less phase angle, higher resistance to moisture-induced damage, higher resistance to rutting and fatigue life were obtained by nanomodified mixes. The beneficial effect of nanomaterials is verified in numerical simulation of pavement structure. Nanoclay (NA-3%) and carbon nanotube (NTC-2%) nanomodified coatings present an increment in life, concerning fatigue cracking of 4.6 times and 6 times more, respectively. The main conclusion of the survey is the possibility of obtaining asphalt mixes with properties superior to the standards, by incorporating nanometric scale nanomaterials (carbon nanotube and nanoclay)

Transposição didática do modelo de Huygens: uma proposta para a física escolar

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica, Florianópolis, 2010A presente pesquisa de Tese explora os potenciais didáticos do contexto histórico de Huygens para a educação científica. Na física escolar, as contribuições científicas de Christiaan Huygens (século XVII) expressam um exemplo de reconstrução didática dos fatos históricos. Esta abordagem resignifica as idéias deste cientista em termos de uma interpretação ondulatória atual. Ao Princípio de Huygens, agrega-se a idéia de superposição de ondas, em um modelo de ondas periódicas, por oposição à versão originalmente proposta em seu Tratado da Luz. de 1690. A fim de evidenciar uma possível intencionalidade didática nas reconstruções históricas do Princípio de Huygens, na física escolar, analisamos alguns livros didáticos do ensino superior. Com base nesse exemplo de resignificação didática, discorremos sobre os obstáculos presentes na transposição didática de episódios históricos ao contexto educativo. Isso porque, os documentos históricos, produzidos pelos historiadores, do mesmo modo que os textos originais dos cientistas, não podem, simplesmente, lançarem-se na ciência escolar. O que torna imprescindível delinear uma intencionalidade didática inequívoca do conteúdo histórico (do conteúdo de ensino) quando se pensa em sua transposição para a realidade educativa. Exploramos, assim, as possíveis faces da intencionalidade didática, presente na transposição didática tradicional, que descontextualiza, dessincretiza e despersonaliza, de modo dogmático, os fatos históricos da ciência. Esta análise mostrou a insuficiência do modelo freqüentemente dedicado à abordagem da física escolar. Por não favorecer o processo de conceitualização escolar que se caracteriza por um movimento contínuo e gradativo de significação e resignificação de conceitos, conforme delineado por estudos da psicologia cognitiva. Transpomos esta análise ao caso de Huygens. Exploramos, assim, a fragilidade da distorção histórica do modelo desse cientista para uma aprendizagem efetiva dos conceitos físicos presentes nos fenômenos ondulatórios. Em particular, porque essa abordagem é insuficiente para problematizar os equívocos dos estudantes quanto ao papel do meio na propagação das ondas mecânicas e suas idéias confusas de superposição de ondas. Expomos, então, como contribuição original da pesquisa uma estratégia didática que apresenta os potenciais didáticos do modelo de ondas mecânicas genuinamente proposto por Huygens

Desenvolvimento de peças pré-moldadas de concreto fotocatalíticas para pavimentação e purificação do ar

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2011Atualmente um dos grandes percussores da falta de qualidade do ar nas metrópoles são os óxidos de nitrogênio (NOx), provenientes de ações antrópicas. Uma abordagem promissora para contribuir com a minimização das elevadas concentrações deste poluente é a conversão fotoquímica do NOx em íons de nitratos (NO3-), a partir da fotocatálise heterogênea utilizando semicondutores como o dióxido de titânio (TiO2). Este trabalho tem como objetivo produzir peças pré-moldadas de concreto (PPC) fotocatalíticas para purificação do ar. Neste sentido, foram moldadas e avaliadas na degradação dos NOx, peças com diferentes tipos (anatase e rutilo) e porcentagens (3, 6 e 10 %) de dióxido de titânio incorporado na argamassa de sua superfície. Ainda, buscou-se verificar a influência na degradação dos NOx de diferentes espessuras (3, 6 e 10 mm) da argamassa fotocatalítica aplicada sobre as PPCs. Por último, foram analisadas as interferências de diferentes condições ambientais (umidade relativa do ar, radiação UV-A e taxa de fluxo) na eficiência das peças em relação à degradação dos NOx. Para poder quantificar e avaliar a eficiência das PPCs na degradação dos NOx, um aparato de teste foi desenvolvido. Neste as peças fotocatalíticas e de referência foram submetidas a um procedimento de ensaio sob condições controladas de concentração de poluente, umidade relativa do ar, radiação UV-A e taxa de fluxo, simulando dessa forma uma atmosfera poluída. A eficiência das peças na degradação do poluente foi controlada ao longo do ensaio em tempo real com um analisador de gases. Os resultados experimentais apontam uma grande eficiência das peças fotocatalíticas na degradação dos NOx, podendo alcançar sob determinadas condições de ensaio um consumo de até 68,6 mg/hr/m2 de NOx. Observou-se também que as peças com superfícies mais porosas apresentaram melhores resultados na taxa de degradação dos NOx, independente da espessura da argamassa fotocatalítica aplicada. Desta mesma maneira, os aumentos do teor de TiO2 podem agregar melhor eficiência da peça. O estudo ainda apontou grande interferência das condições ambientais na fotocatálise, peças submetidas a maiores radiações UV-A e menores valores de umidade relativa do ar apresentaram maior poder de oxidação dos NOx. Pode-se concluir que a pavimentação com PPCs fotocatalíticas, é uma relevante tecnologia para contribuir com a minimização dos NOx.Nowadays one of the great precursors of the lack of air quality in the metropolis are the nitrogen oxides (NOx) that come from man actions. A promising approach to contribute to the minimization of the high concentrations of this pollutant is the photochemical conversion of the NOx into nitrate ions (NO3-), from the heterogenic photocatalysis using semiconductors as the titanium dioxide (TiO2). This paper has as goal to produce photocatalytic concrete blocks for air purification. In this way, blocks with different types (anatase and rutilo) and percentages (3, 6 e 10 %) of titanium dioxide incorporated into the mortar of its surface were molded and evaluated in the degradation of the NOx. Yet, it was sought to verify the influence, in the degradation of the NOx, of different thicknesses (3, 6 and 10 mm) of the photocatalytic mortar applied over the blocks. At last, the interferences of different environment conditions (air relative humidity, UV-A radiation and flow rate) were analyzed in the efficiency of the blocks in relation to the degradation of the NOx. A test device was developed to quantify and evaluate the efficiency of the concrete blocks in the degradation of the NOx. In this test device the photocatalytic blocks and the reference blocks were submitted to a trial procedure under controlled conditions of pollutant concentration, air relative humidity, UV-A radiation and flow rate, simulating, in this way, a polluted atmosphere. The efficiency of the blocks in the pollutant degradation was controlled along the trial in real time with a gas analyzer. The experimental results point out a great efficiency of the photocatalytic blocks in the degradation of the NOx, being able to reach, under specific trial conditions, a consumption of up to 68,6 mg/hr/m2. It was also observed that the blocks with more porous surface showed better results in the NOx degradation rate, independent of the thickness of the photocatalytic mortar applied. In this same way, the increasing of TiO2 percentage may aggregate a better efficiency of the block. The study also pointed out a great interference of the environment conditions in the photocatalysis, blocks submitted to higher UV-A radiations and lower air relative humidity values showed bigger power of NOx oxidation. It can be concluded that the paving using photocatalytic concrete blocks is a relevant technology to contribute to the minimization of the NOx

Contribuições da epistemologia histórica de Bachelard no estudo da evolução dos conceitos da óptica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica.Na presente pesquisa desenvolveu-se o texto ´A Epistemologia Histórica de Bachelard no Estudo da Evolução da Óptica: as controvérsias acerca da natureza da luz`, com o objetivo de ilustrar um diálogo entre a história e a filosofia da ciência em uma disciplina de evolução dos conceitos da física. Nesta perspectiva, o texto explorou uma articulação entre conceitos centrais da filosofia histórica de Gaston Bachelard e a história da óptica, centrada, fundamentalmente na obra "La actividad racionalista de la física contemporânea" (Bachelard, 1975) e na evolução da óptica apresentada no livro "Origens e evolução das idéias da física" (Rocha et al., 2002). Destacou-se nesta trajetória histórica as principais características da epistemologia bachelardiana, dando ênfase aos períodos de rupturas e descontinuidades; a constante retificação do erro, no sentido de que um conhecimento se dá contra outro; a superação dos obstáculos epistemológicos; ao novo conceito de verdade; a noção de recorrência histórica; as analogias no âmbito da ciência e do ensino; e a nova visão da física moderna, evidenciando a dialética racionalismo-empirismo e o valor do instrumental técnico no domínio quântico. A disciplina Evolução dos Conceitos da Física no curso de Física da UFSC configurou-se um espaço propício para implementar a proposta elaborada, tendo em vista contribuir para uma visão mais crítica da natureza e construção da ciência óptica na formação inicial de professores e de pesquisadores. A fim de investigar a receptividade, influências e contribuições do texto junto aos alunos da disciplina, no primeiro semestre de 2004, o texto foi aplicado e avaliado pela pesquisadora sob a forma de um questionário, entrevistas e com base em observações livres realizadas em sala de aula. Os alunos mostraram-se bastante receptivos frente à proposta de um diálogo entre a filosofia bachelardiana e a história da óptica. A avaliação geral do texto sinalizou fortes indicativos da importância de uma abordagem epistemológica no estudo da evolução das idéias da física em geral, e da ciência óptica em particular. Observações críticas quanto à clareza dos conteúdos abordados, estruturação e encadeamento de idéias também se configuram parte do amplo espectro de contribuições dos alunos na perspectiva de implementar melhorias no texto, tendo em vista aprofundar e conferir maior clareza aos conteúdos abordados

Avaliação do desempenho mecânico de misturas asfálticas autorregenerativas com adição de fibras de aço, escória de alto forno e pó de grafite / Evaluation of the mechanical performance of self-healing asphalt mixtures with addition of steel fibers, steel slag and graphite poder

Misturas asfálticas autorregenerativas são materiais capazes de regenerar trincas produzidas pela fadiga. O fenômeno da autorregeneração consiste em introduzir materiais suscetíveis ao aquecimento por micro-ondas em misturas asfálticas. Contudo, é necessário que estas misturas possuam um adequado desempenho frente às ações oriundas do tráfego de veículos. Portanto, o objetivo principal deste é avaliar o desempenho mecânico de misturas asfálticas contendo adições eletricamente condutivas como fibras de aço, escória e pó de grafite. Para tal, foram produzidas misturas asfálticas com a adição de escória de alto forno, fibras de aço, pó de grafite e uma mistura de controle (sem adições). Foram realizados ensaios de resistência à tração, módulo resiliente e fadiga por compressão diametral. Em seguida, efetuou-se análise mecanicista de uma estrutura de pavimento flexível hipotético por meio do software AEMC. Concluiu-se que o uso de adições diminui a resistência à tração e aumenta o módulo resiliente das misturas. Em relação à fadiga, o uso de algumas das adições diminuiu a vida útil estimada da mistura, enquanto que o uso de 15% de pó de grafite permitiu incrementar o desempenho à fadiga a um nível superior ao da mistura sem adição. Os dados obtidos no presente estudo contribuem para o desenvolvimento e o avanço de pesquisas para recuperação de estruturas de pavimentos asfálticos a partir do uso da técnica da autorregeneração

Full scale demonstration of air-purifying pavement

Experiments concerning a full-scale demonstration of air purifying pavement in Hengelo, The Netherlands, are reported. The full width of the street was provided with concrete pavement containing TiO2 over a length of 150 m ("DeNOx street"). Another part of the street, about 100 m, was paved with normal paving blocks ("Control street"). The outdoor monitoring was done during 26 days for a period exceeding one year, and measured parameters included traffic intensity, NO, NO2 and ozone concentrations, temperature, relative humidity, wind speed and direction, and the visible and UV light irradiance. Prior and parallel to these field measurements, the used blocks were also measured in the lab to assess their performance. The NOx concentration was, on average, 19% (considering the whole day) and 28% (considering only afternoons) lower than the obtained values in the Control street. Under ideal weather conditions (high radiation and low relative humidity) a NOx concentration decrease of 45% could be observed

Dosagem do agente rejuvenescedor Sylvaroad com base nas propriedades reológicas de ligante asfáltico envelhecid

A técnica de utilização de agentes rejuvenescedores (AR) na recuperação das propriedades de ligantes envelhecidos ainda tem muito a ser desenvolvida, considerando que a quantidade de AR afeta diretamente o desempenho dos ligantes à fadiga e deformação permanente, principais fatores de degradação do pavimento. Esta pesquisa avaliou os métodos de dosagem de AR Sylvaroad RP1000 em ligante envelhecido, com base em parâmetros reológicos. O ligante foi extraído de mistura asfáltica fresada (RAP), por meio de centrifugação e rotoevaporação. Foram produzidas amostras com 0, 3, 5, 7 e 10% de AR e submetidas a ensaios na Estufa de Película Delgada Rotacional (RTFOT) e Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR). A dosagem ideal foi avaliada com base no Performance Grade de alta temperatura (PGH) do ligante virgem. Os parâmetros de suscetibilidade à deformação permanente e à fadiga também foram obtidos pelos ensaios de Fluência e Recuperação sob Tensão Múltipla (MSCR) e Varredura de Amplitude Linear (LAS). Os resultados mostraram a eficácia do AR, cujo teor capaz de recuperar o PGH do ligante virgem foi de 10,6% da massa do ligante envelhecido. Este teor apresentou resultados satisfatórios de compliância não recuperável, taxa de recuperação e resistência à fadiga, inclusive superiores aos do ligante virgem

El Conocimiento Didáctico del Contenido en ciencias: estado de la cuestión

This paper gives a descriptive overview of the literature related to Pedagogical Content Knowledge - PCK - in the sciences. It is expected that this review can contribute to a better understanding of PCK, pointing out what has been investigated about this concept. Specifically, we analyze: a) how PCK is defined, what are its main features and how it has been appropriated by teachers; b) the relationship between PCK, knowledge of the contents to be taught and students learning; c) how PCK was actually used in teachers' training and teachers' evaluation; and, d) the scientific areas in which PCK has been studied. It concludes that PCK is an essential tool for improving the quality of teacher training