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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
Herbert Medeiros Torres Lopes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Castro, Alessandra Lorenzetti de (Presidente)
Barbosa, Mônica Pinto
Luz, Ana Paula da
Título em português
Aplicação do conceito de empacotamento de partículas na otimização de dosagem de concretos de cimento Portland
Palavras-chave em português
Concreto
Dosagem
Empacotamento de Partículas
Otimização
Sustentabilidade
Resumo em português
O concreto é o material de construção mais utilizado e nos últimos anos, estudos têm sido desenvolvidos em busca de materiais com desempenho mecânico e durabilidade superiores, com redução do consumo de cimento. Nesse contexto, tem-se o estudo do empacotamento de partículas associado à dosagem de concretos, produzindo estruturas mais densas e compactas, com melhor consumo energético. Basicamente, o empacotamento de partículas consiste em otimizar composições empregando partículas de diferentes tamanhos, promovendo o refinamento dos poros e, eventualmente, reduzindo o volume de pasta necessário para envolver as partículas da mistura. O empacotamento de partículas permite uma evolução nas propriedades do concreto, além de promover um benefício ambiental por meio da utilização de resíduos e subprodutos industriais, redução de emissões poluentes e economia de energia, mediante a redução do consumo de cimento na mistura. Diante disto, o presente trabalho tem por objetivo aplicar o conceito de empacotamento de partículas na otimização de traços de concretos convencionais e de alta resistência. Para isso, realizou-se inicialmente um estudo de dosagem, sendo determinados traços de referência pela metodologia tradicional. Aplicando o modelo de empacotamento de Alfred, foi determinado o coeficiente de distribuição de cada mistura e, então, os traços foram otimizados mantendo-se o mesmo coeficiente, sendo comparadas as propriedades dos concretos otimizados com propriedades das misturas de referência. Verificou-se que nas misturas otimizadas não foi possível obter a trabalhabilidade desejada, sendo necessário ajustar o teor de aditivo a fim de manter a mesma consistência. No estado endurecido, os concretos otimizados apresentaram desempenho físico e mecânico superior aos concretos dosados pela metodologia tradicional. Os ensaios não destrutivos apenas permitiram verificar a evolução com o tempo do módulo de elasticidade dinâmico e da porosidade, visto que a mudança da composição das misturas influencia diretamente no módulo e na velocidade de propagação da onda no material. Por fim, foi possível verificar a sustentabilidade dos concretos otimizados, que apresentaram índice de intensidade de ligante mais eficiente que os concretos de referência, reforçando a importância desse trabalho.
Título em inglês
The application of particle packing concept in the optimization of Portland cement concretes mix design
Palavras-chave em inglês
Concrete
Mix Design
Optimization
Particle Packing
Sustainability
Resumo em inglês
Concrete is the most widely used construction material and in recent years, studies have been developed in search of materials with higher mechanical performance and durability, with reduced cement consumption. In this sense, the study of particle packing associated to the mix design of concrete, producing denser and more compact structures, with better energy consumption, is being studied. Basically, particle packing consists of optimizing compositions employing particles of different sizes, promoting pore refinement and possibly reducing the volume of cement paste required to involve the particles in the mix. The particle packing allows an evolution in concrete's properties, besides promoting an environmental benefit using industrial wates and by-products, reduction of polluting emissions and energy saving, by reducing the consumption of cement in the mix. In this view, the present research aims to apply the concept of particle packing in the optimization of conventional and high strength concretes mix design. For this, a mix design study was carried out initially, being determined reference concretes mix design by the traditional methodology. Applying the Alfred's packing model, the distribution coefficient of each mix was determined and concretes mix design were optimized by keeping the same coefficient, and the properties of the optimized concretes were compared with the properties of the reference mixtures. It was verified that, in optimized mixtures, it was not possible to get the desired workability and it was required to fit the chemical admixture content in order to keep the same consistency. In the hardened state, the optimized concrete showed physical and mechanical performance higher than concretes designed by the traditional methodology. The non-destructive tests only allowed to verify the evolution of the dynamic elasticity modulus and the porosity with time, since the change of the composition of the mixtures directly influences the modulus and the wave propagation speed in the material. Finally, it was possible to verify the sustainability of the optimized concretes, which presented a binder intensity index more efficient than the reference concrete, reinforcing the importance of this research.
 
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Data de Publicação
2019-07-12
 
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