Determinação da carbonização na madeira de pinheiro quando submetida a elevadas temperaturas para diferentes direcções das fibras

A grande vulnerabilidade da madeira quando submetida a uma acção acidental, requer uma avaliação rigorosa do seu comportamento térmico e mecânico, quando utilizada para fins de construção. Com o presente trabalho, pretende-se determinar experimentalmente a espessura da camada carbonizada em perfis de madeira de pinheiro, submetidos a elevadas temperaturas. Será verificada a influência da acção térmica nos perfis de madeira atendendo às diferentes direcções das fibras. Os resultados experimentais são comparados com os resultados numéricos obtidos utilizando um programa de elementos finitos, o Ansys

Charring rate determination of wood pine profiles submitted to high temperatures

The wood material presents an increasing use for structural engineering applications in buildings and other specials engineering production. To assess safety rules, this type of elements should have sufficient mechanical resistance to guarantee the design loads. Wood is a natural material and is submitted to many constantly changing influences. The high wood vulnerability, due accidental conditions, requires rigorous thermal and mechanical assessment. The combustion and the chemical phenomena occurred in wood during an accidental situation of elevated temperature is a complex study issue. When wood structures are exposed to high temperatures, the burned wood becomes a char layer which loses all strength but insulating temperature rise in the core of material. The charring rate is more or less constant and mainly depends on the density and moisture content wood properties. Safety rules and guidelines should be useful for different wood applications. The fire safety of this type of material involves prevention, inhibition, detection and evacuation. This involves appropriate design rules, installation, construction and maintenance of the wood material applications. This paper proposes an experimental and a numerical method for charring rate determination in pine wood. Different pine sections will be tested and submitted to high temperatures using a heating power unit based on electrical resistances. The temperature results will be measured through wood profile during time heating exposure. Using appropriated material properties and boundary conditions, reasonable predictions of charring layer with a finite element analysis method, can be provided. The thermal response obtained with the finite element formulation will be compared with experimental results, in several series of wood pine profiles. Char layer thickness will be determined

Estudo numérico do comportamento térmico e mecânico de estruturas em madeira

Os materiais em madeira apresentam uma utilização recente em aplicações estruturais. Para o cumprimento das normas de segurança, este tipo de elementos devem possuir resistência mecânica suficiente para garantir as condições de projecto. A madeira é um material natural e é sujeito a constantes alterações. A grande vulnerabilidade da madeira, em situação de acidente, requer uma avaliação térmica e mecânica rigorosa, bem como a sua determinação. A combustão e os fenómenos químicos que ocorrem na madeira durante uma situação de incêndio, conduzem a um estudo de um caso complexo. Quando estruturas em madeira são expostas a altas temperaturas é formada uma camada superficial de carvão que perde as suas características, mas actua como um isolante, impedindo a propagação do calor para o interior da secção. Neste trabalho é apresentado um modelo numérico térmico não linear para o cálculo da espessura da camada carbonizada e velocidade de carbonização das espécies de pinheiro e cedro vermelho, utilizando o método dos elementos finitos. Os resultados obtidos são comparados com os valores simplificados do Eurocódigo 5 (EC5) e com valores obtidos analiticamente por outros autores. É apresentado um método experimental para determinação da camada carbonizada na madeira sendo os resultados comparados com o modelo numérico. Apresenta-se ainda uma metodologia de cálculo simplificado para a determinação do campo de tensões em elementos estruturais de madeira submetidos a altas temperaturas, baseado na determinação da secção resistente do elemento. Este modelo analítico é comparado com os resultados numéricos obtidos através de uma análise por elementos finitos com base num modelo térmico e mecânico, utilizando as propriedades ortotrópicas do material. Timber materials present a new use for structural applications. In compliance with the safety rules, this type of elements should have sufficient mechanical resistance to guarantee the design functions. Timber is a natural material and is subject to constantly changing influences. The high timber vulnerability, due accidental situation, requires the rigour of the thermal and mechanical assessment and their determination. During an accidental situation, the combustion and the chemical phenomena developed in this type of material are a complex study issue. When timber structures are exposed to high temperatures, the burned wood is transformed in a char layer, which loses all strength, and insulates the core of the element. This work presents a thermal non-linear numerical model, for calculating the char layer thickness and charring rate of the pine and white cedar, using the finite element method. The results are compared with the simplified values according to the Eurocode 5 (EC5), and analytical values from others authors. Is presented an experimental method for the charring rate determination and the results are compared with the numerical method. Is also presented a simplified method, for determining the stresses field in structural timber components, when submitted to high temperatures, based on effective cross-section determination. This analytical model is compared with the numerical results from the finite elements, based in the thermal and mechanical analysis, using orthotropic material properties

Polycyclic aromatic hydrocarbons and oxidative stress markers in the clam Ruditapes decussatus from the Ria Formosa (Portugal)

Tese dout., Ciências e Tecnologias do Ambiente, Universidade do Algarve, 2007Este trabalho envolveu o estudo de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) na amêijoa Ruditapes decussatus da Ria Formosa, bem como a sua relação com marcadores de stress oxidativo. A variação espacial e sazonal da concentração e possíveis fontes de PAHs foi avaliada nos sedimentos superficiais e na parte edível da amêijoa, tendo as variações sazonais sido as mais importantes. A actividade de enzimas antioxidantes e a peroxidação lipídica (LPO) na glândula digestiva da amêijoa foram também mais afectadas por factores sazonais do que espaciais. A Superóxido Dismutase (SOD) e a Catalase (CAT) não apresentaram qualquer relação com a concentração de PAHs, parecendo a CAT estar particularmente relacionada com o ciclo reprodutivo da amêijoa. Por outro lado, as Glutationo Peroxidases (GPx) e LPO apresentaram uma relação inversa com a concentração destes compostos, o que pode estar relacionado com um estado precário dos organismos associado a toxicidade dos PAHs, embora não se tenham observado danos oxidativos. De modo a clarificar a relação entre os PAHs e os parâmetros de stress oxidativo procedeu-se ao transplante de amêijoas entre diferentes locais, tendo-se observado uma acumulação significativa de PAHs nestes organismos. As actividades da Benzo[a]pireno Hidroxilase (BPH) e Glutationo S-Transferase (GST) na glândula digestiva aumentaram em resposta ao aumento da concentração de PAHs nos tecidos da amêijoa confirmando a metabolização de PAHs neste tecido. A exposição e o metabolismo de PAHs levaram também à indução de stress oxidativo com o consequente aumento na actividade de SOD citosólica e T GPx nas brânquias e da actividade da SOD mitocôndrial e da CAT na glândula digestiva juntamente com um aumento de peroxidação lipídica. VI Assim, conclui-se que as enzimas antioxidantes não são bons biomarcadores de exposição a PAHs em R. decussatus, enquanto que a BPH, a GST e LPO revelam algum potencial devendo no entanto ser estudada a sua variação sazonal

Morphological analysis of the proximal femur using CT images

The main objective of this work is to evaluate the femur morphology in women, through a digital methodology using Computed Tomography or CT medical images. Because of the great variation of femur anatomy there are few detailed studies of the geometry and the femur morphology, needed to the best bone-implant fit to a patient. Recently, studies propose different techniques to be used for the design of the human femur geometry and present some results from a group of populations

Evaluation of the cortical bone thickness in lumbar vertebra using CT and RP experimental techniques

The main objective of this paper was to assess the cortical bone thickness of human lumbar vertebra, through Computed Tomography (CT) images by using radiology reading software (iQ-VIEW), image processing software (ScanIP) and the rapid prototyping (RP) experimental methodology. The study here presented focus sixteen postmenopausal patients from the North of Portugal, with age between 50 and 85 years, collected from May to June 2011. All clinical data were obtained in a Medical Centre of Radiology and Imaging, in Porto. Results regarding the cortical bone thickness and the biomechanical resistance of human lumbar vertebra are presented in this work. The acquirement of accurate values, concerning cortical bone thickness, could improve the prediction of fracture risk

Análise numérica não-linear do joelho humano quando solicitado por impacto frontal

A articulação do joelho é um sistema complexo e de grande importância no esqueleto humano. Para além das funções de transferência de forças, permite a estabilidade e a mobilidade do membro inferior. A articulação do joelho é essencial para actividades como andar, subir escadas ou ficar de pé. É a principal articulação nas actividades que envolvam desportos. As lesões da articulação do joelho são frequentes, nomeadamente em modalidades desportivas que envolvam ou não contacto, através de distensões dos ligamentos. Estas distensões ocorrem quando o pé está fixo ao solo. Um número elevado de lesões acontece ainda devido a acidentes provocados por colisões entre veículos e pessoas (Grzegorg et al, 2001). O presente trabalho tem como principal objectivo efectuar uma análise numérica do comportamento não linear do joelho humano quando submetido a impacto frontal

Estudo numérico e experimental de modos de falha em placas de aço aparafusadas

Neste trabalho será apresentado um modelo numérico utilizando o software Ansys para estudo não linear do comportamento de placas em aço, aparafusadas, quando submetidas a esforços para além da sua capacidade elástica. Serão utilizados elementos finitos sólidos e de contacto, que permitirão obter resultados dos modos de falha que ocorrem nas juntas aparafusadas sobrepostas. Serão apresentados resultados experimentais em placas com as mesmas características. Os modos de falha obtidos nos ensaios realizados, permitirão observar a resistência última das ligações, e comprovar que a resistência ao corte nas ligações, aumenta com o aumento do comprimento da zona lisa do parafuso

Variação da resistência do colo do fémur em função da idade, utilizando um modelo não linear de elementos finitos

Vários autores referem alterações da espessura do osso cortical da extremidade proximal do fémur bem como alterações das propriedades biomecânicas do osso cortical em função da idade. Com este trabalho pretende-se avaliar o impacto destas alterações na resistência da extremidade proximal do fémur aos carregamentos próprios de actividades quotidianas. Para isso utilizou-se uma tomografia computorizada e recorreu-se ao modelo de elementos finitos considerando o osso cortical como material com comportamento elasto-plástico. Os resultados obtidos permitem concluir que as alterações do osso cortical em função da idade podem ser determinantes no aumento do risco de fractura, realçando a importância de medidas preventivas que impeçam ou revertam estas alterações do osso cortical

Human femur assessment using isotropic and orthotropic materials dependent of bone density

The bone mass reduction and the deterioration of the tissue micron-architecture lead to a bigger fragility of the bone and to the consequent increase of the fracture risk. For this fact, it is considered excellent the quantification of the mass density and the verification of its influence in the bone resistance assessment. The apparent density is defined as the density without fluid influence, being the effective density at that includes the marrow mass, essentially fluid. This measurement is made through the use of a gray scale values on the medical image in study. The values in Hounsfield units are determined, being this scale later converted into measure of the bone density. With this measure an exponential relation will be used allowing calculate the biomechanics properties dependence for cortical and trabecular bone. With this work it is intended to assessment the susceptible weak zones, for a human femur with 70 years old, using the finite element method through ANSYS® program. The main objective is obtaining the stresses distributions, using different values of bone density and their relation with exponential laws for isotropic and orthotropic materials properties