Resumo em Português:
Resumo A confiabilidade de pilares de concreto armado (CA) em situação de incêndio é investigada neste artigo combinando os Métodos Geral, de Equilíbrio e da Isoterma a 500°C. O Método de Monte Carlo (MC) e o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM) são usados em um estudo paramétrico sobre a segurança das colunas. Os pilares em situação de flexo-compressão oblíqua são analisados por um algoritmo que considera as não linearidades físicas e geométricas. As cargas permanentes e acidentais, resistências do material aço e concreto, geometria da seção, erro de modelo e temperatura estão entre as variáveis aleatórias levadas em consideração. Os resultados indicam que o aumento do cobrimento pode reduzir drasticamente a probabilidade de falha final.Resumo em Inglês:
Abstract The reliability of reinforced concrete (RC) columns in a fire situation is investigated in this paper by combining the General, Equilibrium, and Isotherm at 500°C Methods. The well-known Monte Carlo (MC) and the First Order Reliability Method (FORM) are used in a parametric study for the column’s safety. The columns, in a biaxial bending-compression situations, are analyzed by an algorithm that takes into consideration physical and geometric nonlinearities. The dead and live load actions, steel and concrete material strengths, section geometry, model error, and temperature are among the random variables taken into consideration. The findings indicate that increasing the cover can dramatically reduce the probability of failure.Resumo em Português:
Resumo Este estudo investiga as propriedades de misturas de argamassas autonivelantes para contrapiso com os resíduos de fosfogesso natural e calcinado, na forma de sulfato de cálcio denominada anidrita, e cerâmica branca, através da substituição de 50% da massa de cimento Portland CP II Z-32. Os efeitos da utilização dos resíduos foram avaliados nos estados fresco (fluidez inicial, retenção de fluxo, tempo de regeneração, tempo de pega e calor de hidratação) e endurecido (resistência à compressão e tração na flexão, massa específica, absorção de água, índice de vazios, retração linear e resistência de aderência à tração). A mistura otimizada na proporção cimento/areia de 1:1,5 (em massa) com 50% de cerâmica branca obteve resistência à compressão de 32,66 ± 4,26 MPa aos 28 dias, baixa retração e calor de hidratação, apresentando melhor desempenho entre os resíduos estudados. Nas argamassas a base de sulfato de cálcio, as misturas com anidrita apresentaram melhores resultados para resistência à compressão e tração na flexão e resistência de aderência à tração, sendo benéfica a calcinação do resíduo.Resumo em Inglês:
Abstract This study investigates the properties of self-leveling subfloor mortar mixtures with natural and calcined phosphogypsum waste in the form of calcium sulfate called anhydrite and white ceramic, by replacing 50% of the mass of Portland cement CP II Z-32. The effects of using waste were evaluated in the fresh (initial fluidity, flow retention, regeneration time, setting time, and heat of hydration) and hardened (compressive and flexural tensile strength, density, water absorption, void ratio, linear shrinkage, and tensile adhesion strength) state. The optimized mixture at a 1:1.5 cement/sand ratio (by mass) with 50% white ceramic had a 32.66 ± 4.26 MPa compressive strength at 28 days, low shrinkage and heat of hydration, showing the best performance among the wastes studied. In the calcium sulfate mortars, the mixtures with anhydrite showed better results for compressive and flexural tensile strength and tensile adhesion strength, with the waste calcination being beneficial.Resumo em Português:
Resumo Este estudo avaliou a influência da variabilidade da temperatura de aquecimento no nível de degradação de concretos, variando-se temperatura de exposição (200°C, 450°C e 800°C) e resistência de projeto do concreto (C25 e C40). Os concretos foram submetidos a ensaios de ultrassom (antes e depois do aquecimento), e, posteriormente, foram rompidos à compressão axial. Após a ruptura foram retiradas amostras da seção de fratura dos corpos de prova para análises microestruturais, por microscópio eletrônico de varredura (MEV), e análises moleculares, por espectroscopia Raman. Os resultados mostraram que a resistência residual dos concretos pode mudar de maneira significativa (valores divergindo em mais de 100%) com a variabilidade de temperatura no forno. Houve alterações físico-químicas dos constituintes do concreto. As variações nos espectros Raman e as alterações morfológicas (imagens em MEV) permitiram verificar a variação do nível de degradação do concreto após exposição ao fogo, em uma mesma etapa de queima, devido variação de temperatura nos fornos, sendo compatíveis com os resultados de resistência à compressão e com os de ultrassom (velocidade do pulso ultrassônico). Dessa forma, o estudo evidencia a necessidade do mapeamento adequado do calor no forno e do monitoramento da temperatura dos corpos de prova, em estudos sobre concretos sob altas temperaturas.Resumo em Inglês:
Abstract This study evaluated the influence of heating temperature variability on the degradation level of concrete by varying the exposure temperatures (200°C, 450°C, and 800°C) and concrete design strength (C25 and C40). The concretes were submitted to ultrasound tests (before and after heating) and then were ruptured by axial compression. After rupture, samples were taken from the fracture section of the specimens for microstructural analysis by scanning electron microscope (SEM), and molecular analysis by Raman spectroscopy. The results showed that the residual strength of the concrete can change significantly (values differing by more than 100%) with temperature variability in the oven. There were physicochemical changes in the concrete constituents. The variations in Raman spectra and morphological changes (SEM images) allowed to analyze the variation in the level of degradation of concrete after exposure to fire, at the same firing step, due to temperature variation in the ovens, being compatible with the results of compressive strength and ultrasonic wave propagation velocity (UPV). Thus, the study highlights the need for adequate mapping of the heat in the oven and monitoring of the temperature of specimens in studies of concrete at high temperatures.Resumo em Português:
Resumo A cura por carbonatação difere da carbonatação por intemperismo, pois é realizada intencionalmente nas primeiras idades de hidratação do cimento. Essa cura envolve a aplicação de diferentes níveis de CO2 (5% a 99%) ao concreto por um curto período de tempo, geralmente seguido de hidratação convencional. O objetivo deste artigo foi avaliar a cura da carbonatação em concretos geopolímeros à base de metacaulim, ativados com NaOH e Na2SiO3, e compará-los com o concreto de cimento Portland (CP). Foram aplicados os seguintes testes: determinação do pH, profundidade de carbonatação, absorção de água por imersão, índice de vazios e resistência à compressão. Os resultados mostraram que após a cura da carbonatação, o concreto geopolimérico apresentou resistência à compressão e profundidade de carbonatação equivalentes ao concreto com CP, porém com menor teor de CO2 absorvido. Portanto, este tipo de cimento absorve menos CO2, mas é mais sensível à carbonatação. O efeito na taxa de vazios não foi notável. Além disso, a alcalinidade dos concretos pode ser parcialmente recuperada após a cura subsequente por imersão em água.Resumo em Inglês:
Abstract Carbonation curing differs from weathering carbonation since it is performed intentionally at the early ages of cement hydration. This cure involves applying different levels of CO2 (5% to 99%) to concrete for a short period of time, usually followed by conventional hydration. The objective of this article was to evaluate the carbonation curing in metakaolin-based geopolymer concretes, activated with NaOH and Na2SiO3, and compare them with Portland cement (PC) concrete. The following tests were applied: determination of pH, carbonation depth, water absorption by immersion, void index, and compressive strength. The results showed that after the carbonation curing, the geopolymer concrete had compressive strength and carbonation depth equivalent to the concrete with PC, but with a lower absorbed CO2 content. Although this type of cement absorbs less CO2 but is more sensitive to carbonation. The effect on the void ratio was not remarkable. Furthermore, the alkalinity of concretes can be partially recovered after subsequent curing by water immersion.Resumo em Português:
Resumo Pesquisadores devem decidir sobre como modelar a resposta não linear do material em uma simulação com Elementos Finitos para avaliar a vulnerabilidade sísmica. Esse trabalho pretende auxiliar nessa tomada de decisão ao comparar os modelos de Fibra e de Plasticidade Concentrada em Elementos Finitos em análises não lineares estáticas e dinâmicas de um pórtico em concreto armado. A metodologia é baseada na engenharia de desempenho sísmico (PBEE) para determinar o dano nas estruturas. Os resultados indicam que os dois modelos apresentam uma boa correspondência em uma análise estática, e ao considerar os Estados Limite de Dano Extensivo e Completo na análise dinâmica. A escolha entre os dois depende dos objetivos principais do pesquisador e dos recursos disponíveis, já que eles apresentam uma significativa diferença no tempo de processamento.Resumo em Inglês:
Abstract Researchers must decide on how they will model the non-linear material response in a Finite Element simulation to assess seismic vulnerability. This paper aims at giving an insight into these modelling decisions by comparing Fiber and Lumped Plasticity Finite Element Models in static and dynamic non-linear analysis in a RC frame. The methodology is based on the performance-based earthquake engineering to determine the expected damage on structures. The results indicate that both models are in good agreement with the static analysis, and when considering Extensive and Complete Damage Limit States on the dynamic analysis. The choice between them depends on the main goals of the research and resources available, since they have a significant difference in processing time.Resumo em Português:
Resumo A escassez de calcário de alta pureza sujeita a indústria cimenteira a considerar materiais cimentícios suplementares alternativos para a produção de cimentos. Esta pesquisa buscou investigar a cinética de hidratação e as propriedades de pastas cimentícias na presença de elevados teores e diferentes finuras de dolomita, em especial à formação de taumasita. Adotou-se um fíler dolomítico com 20% de óxido de magnésio, de diâmetros médios de 10 µm, 6 µm e 4 µm como substituto parcial do cimento Portland nos teores 0%, 15% e 35% em pastas cimentícias curadas a 5 ºC e 20 ºC. Os resultados de resistência à compressão apresentaram semelhanças em todas as pastas analisadas, mas a finura da dolomita mostrou uma diferença significativa entre as médias de resistências obtidas. A calorimetria isotérmica apontou que a presença de dolomita apresentou efeito de nucleação e diluição. A termogravimetria revelou que dependente dos teores de substituição, as pastas com dolomita apresentaram diferenças significativas na quantidade de fases de etringita e carbonatos. A análise mineralógica detectou a presença de taumasita apenas na temperatura de 20 ºC, em que esse mineral também pode se formar em temperaturas mais elevadas do que as temperaturas relatadas na literatura. Por fim, conclui-se positivamente sobre a possibilidade de utilização de dolomita em matrizes cimentícias em teores de até 35%, independente da finura e da temperatura de cura.Resumo em Inglês:
Abstract The scarcity of high-purity limestone subjects the cement industry to consider alternative supplementary cementitious materials for cement production. This research aimed to investigate the mechanical properties and the hydration kinetics of cement pastes in the presence of high levels and different fineness of dolomite, especially the formation of thaumasite. A dolomite filler with 20% magnesium oxide, with average diameters of 10 µm, 6 µm and 4 µm was used as a partial replacement for Portland cement at 0%, 15% and 35% in cement pastes cured at 5 ºC and 20 ºC. The results of compressive strength showed similarities in all pastes analyzed, but the fineness of the dolomite showed a significant difference between the strengths obtained. The isothermal calorimetry indicated that the presence of dolomite had a nucleation and dilution effect. The thermogravimetry revealed that dependent of the substitution levels, the pastes with dolomite presented significant differences in the amount of ettringite and carbonate phases. The mineralogical analysis detected the presence of thaumasite only at the temperature of 20 ºC, which this mineral can also form at higher temperatures than those reported in the literature. Finally, we conclude positively about the possibility of using dolomite in cementitious matrices at levels up to 35%, regardless of fineness and curing temperature.Resumo em Português:
Resumo A substituição de filer calcário por resíduo de serragem de mármore é uma das alternativas, em escala regional, para estimular a circularidade e reduzir os impactos ambientais do beneficiamento de rochas ornamentais. Este artigo investigou seis cimentos compostos a partir da combinação de materiais cimentícios suplementares, filer calcário ou resíduo de serragem de mármore, com um fator clínquer de 50%. A resistência à compressão foi avaliada nas idades de 3, 7, 28 e 91 dias, com base nos critérios da ABNT NBR 16697:2018. A eficiência cimentícia foi determinada aos 7 e 28 dias de idade e a intensidade de emissões de gases de efeito estufa (GEE) de cada cimento também foi calculada. A sinergia entre as adições minerais possibilitou a redução do fator clínquer e das emissões de gases de efeito estufa dos cimentos estudados, ao mesmo tempo em que assegurou o atendimento de exigências de desempenho mecânico do mercado de construção.Resumo em Inglês:
Abstract Replacing limestone filler by waste marble dust is one of the paths to explore, at a regional level, to stimulate circularity and reduce environmental burdens of ornamental stone processing. This study investigated six blended cements which combined supplementary cementitious materials (SCMs) and limestone filler or waste marble dust, with a clinker factor of 50%. Compressive strength was determined at 3, 7, 28 and 91 days and evaluated based on the criteria standardized in ABNT NBR 16697:2018. The cementing efficiency at 7 and 28 days of the set of mineral admixtures used and greenhouse gas (GHG) emissions intensity of each cement were also calculated. The synergy between the combinations reduced the clinker factor and cement GHG emissions, whilst preserving the mechanical performance required by the construction market.Resumo em Português:
Resumo Alternativas ao cimento Portland convencional com apelo mais sustentável são cada vez mais recorrentes. Entre elas estão os sistemas Limestone Calcined Clay (LC3), caracterizados por altos percentuais de substituição do clínquer Portland por argila calcinada e calcário, materiais amplamente disponíveis em todo o mundo. Um completo entendimento do comportamento reológico dos sistemas LC3 é necessário para que a aplicação prática deste tipo de cimento seja consolidada. Além disso, embora ainda não investigada, a incorporação de nanomateriais se destaca como uma alternativa promissora para acelerar reações e melhorar o desempenho mecânico desses sistemas em idades precoces. Este estudo investigou a incorporação de teores de nanotubos de carbono (CNT) de 0,05 a 0,125% em um sistema LC3 por meio de reometria rotacional, calorimetria isotérmica, resistência à compressão aos 7 e 28 dias e difração de raios-X. Embora a incorporação de CNT tenha aumentado a tensão de escoamento e a viscosidade equivalente das pastas LC3, o teor de 0,1% aumentou ligeiramente e antecipou a ocorrência do pico principal dos aluminatos. Aumentos de até 13,5% na resistência à compressão aos 7 e 28 dias de hidratação foram observados para um teor de CNT de 0,1% em massa.Resumo em Inglês:
Abstract Alternatives to conventional Portland cement with a more sustainable appeal are increasingly recurrent. Among these are the Limestone Calcined Clay (LC3) systems, characterized by high replacement percentages of Portland clinker by calcined clay and limestone, materials widely available worldwide. A complete understanding of the rheological behavior of LC3 systems is necessary for the practical application of this type of cement to be consolidated. Furthermore, although not yet investigated, the incorporation of nanomaterials stands out as a promising alternative for accelerating reactions and enhancing the mechanical performance of these systems at early ages. This study investigated the incorporation of carbon nanotubes (CNT) contents from 0.05 to 0.125% in an LC3 system through rotational rheometry, isothermal calorimetry, compressive strength at 7 and 28 days, and X-ray diffraction. Although the CNT incorporation increased the dynamic yield stress and equivalent viscosity of the LC3 pastes, the content of 0.1 wt.% slightly increased and anticipated the occurrence of the main peak of the aluminates. Increases of up to 13.5% in compressive strength at 7 and 28 days of hydration were observed for a CNT content of 0.1 wt.%.Resumo em Português:
Resumo A degradação mecânica de estruturas de concreto é um fenômeno dependente da heterogeneidade do material observada em mesoescala. Como a degradação mecânica é um fenômeno localizado, elementos estruturais e estruturas podem ser simulados usando a técnica de análise multiescala concorrente. Assim, apenas as regiões mais críticas são modeladas em mesoescala, reduzindo o custo computacional em comparação com a simulação de toda a estrutura nessa escala. Este trabalho apresenta duas contribuições para a estratégia de análise multiescala concorrente. A primeira contribuição apresenta uma representação alternativa da zona de transição interfacial da mesoescala (ITZ) do concreto juntamente com uma estratégia que permite modelar partículas (agregados graúdos) sem graus de liberdade. A representação da ITZ resultante permite a modelagem de fissuras discretas mais realistas na simulação de concreto. A segunda contribuição usa elementos semelhantes a agregados sem graus de liberdade como elementos de acoplamento para modelar malhas não conformes entre diferentes meios. A técnica de acoplamento proposta não adiciona graus de liberdade e não utiliza métodos de penalização ou multiplicadores de Lagrange. Resultados experimentais e numéricos são usados para validar a formulação multiescala proposta aplicada em simulações de amostras de concreto.Resumo em Inglês:
Abstract The mechanical degradation of concrete structures is a phenomenon dependent on the material heterogeneity observed at mesoscale. As the mechanical degradation is a localized phenomenon, structural members and structures may be simulated using the concurrent multiscale analysis technique. Thus, only the most critical regions are modeled in mesoscale, reducing the computational cost compared to the simulation of the entire structure at this scale. This work presents two contributions in concurrent multiscale analysis. The first contribution introduces an alternative representation of the mesoscale interfacial transition zone (ITZ) of the concrete together with a strategy that allows modeling particles (coarse aggregates) without degrees of freedom. The resulting ITZ representation allows the simulation of more realistic discrete cracks in concrete modeling. The second contribution uses particle-like elements without degrees of freedom as coupling elements to model non-matching meshes between different media. The proposed coupling technique does not add degrees of freedom and does not use penalty or Lagrange Multipliers methods. Experimental and numerical results are used in order to validate the proposed multiscale formulation regarding concrete specimen simulations.Resumo em Português:
Resumo A reação álcali-agregado é um fenômeno expansivo e deletério que afeta estruturas de concreto em todo o mundo. Ela ocorre quando existe uma composição quimicamente susceptível de componentes do concreto, e é particularmente pronunciada em ambientes inerentemente úmidos. Este fenômeno é exacerbado em estruturas de concreto-massa, como represas e fundações. Anteriormente a deformação volumétrica das reações álcali-agregado era tida como quase constante, entretanto, avanços recentes mostraram que esta é, de fato, afetada pela distribuição das tensões volumétricas. Portanto, este comportamento demanda uma atualização nos modelos numéricos que foram desenvolvidos para simular a expansão anisotrópica induzida pela RAA. Este artigo lida com o modelo termo-quimo-mecânico de Saouma e Perotti, o qual foi aplicado em maneira puramente mecânica, e atualizado para uma deformação volumétrica variável. Uma simulação do experimento que que trouxe uma nova luz sobre a variação da deformação volumétrica foi então empreendida com o pacote do método de elementos finitos COMSOL. Como resultado, erros significativamente menores nas deformações preditas foram obtidos pelo modelo atualizado, em comparação com o modelo original, e, consequentemente, o novo modelo posta-se como uma simulação mais acurada da expansão devida à RAA.Resumo em Inglês:
Abstract Alkali-silica reaction (ASR) is a deleterious expansion phenomenon affecting concrete structures worldwide. It occurs when a susceptible chemical composition of concrete components is present, and it is particularly rampant in inherently humid environments. This phenomenon is exacerbated when found in mass concrete structures such as dams and foundations. The amount of volumetric ASR strain used to be deemed as nearly constant, however, recent advances have shown that it is actually affected by the distribution of volumetric stresses. Therefore, this behavior demands an update in the numerical models that have been devised to simulate the anisotropic ASR-driven expansion. This paper deals with Saouma & Perotti’s thermo-chemo-mechanical coupled model, which has been applied in a solely mechanical manner, and updated to account for a varying volumetric strain. A simulation of the experiment that shed new light on the variation of ASR volumetric strain was then carried out with the finite element method package COMSOL. As a result, significantly smaller errors in predicted strains were attained by the updated model in comparison to the original one, and consequently, the new model poses a promising tool for a more accurate simulation of ASR expansion.