In this work, comments are made about indirect methods and direct Chapelle’s method applied to the determination of the reactivity of pozzolanic materials. The Chapelle’s method is based on the lime-pozzolan reaction and quantifies the pozzolanic reactivity of any material intended to be applied by the cement industry. This lime consumption determination by the pozzolan through this reaction can be made with mass proportions – lime:pozzolan 1:1, as originally proposed by Chapelle or 2:1, as specified in Brazilian and French Standards. Comparative results with both proportions are presented for sugar cane bagasse ash, rice rusk ash, silica fume, fly ash, and metakaolin, commonly studied in our country. Statistical calculations showed that for some materials of similar characteristics to the researched RHA, FA e MK at issue, essays carried out with only 1g of CaO may be underestimating the amounts of CaO consumed per gram of pozzolanic material that can be obtained. Comments were made about the Brazilian and French Standards based on this method and emphasized the expression of lime consumption per mass of the amorphous phase of these materials, as determined by X ray diffraction analysis with the Rietveld refinement method.

Keywords: pozzolanic reactivity, Chapelle’s method, sugar cane bagasse ash, rice rusk ash, silica fume, fly ash, metakaolin

Neste trabalho, são discutidos os métodos indiretos e método de Chapelle direto aplicados para a determinação da reatividade de materiais pozolânicos. O método Chapelle baseia-se na reação química cal-pozolana e quantifica a reatividade pozolânica de materiais destinados à aplicação pela indústria de cimento. A determinação do consumo de cal pela pozolana que ocorre por meio desta reação química pode ser feita empregando-se as proporções em massa cal: pozolana 1:1, como proposto originalmente por Chapelle, ou 2:1, conforme especificado nas normas técnicas brasileira e francesa. São apresentados os resultados comparativos com as duas proporções cal-pozolana para cinza de bagaço de cana-de-açúcar, cinza de casca de arroz, sílica ativa, cinza volante e metacaulim, comumente estudados em nosso país. Os cálculos estatísticos indicaram para alguns materiais com características semelhantes aos da cinza de casca de arroz (CCA), cinza volante (CV) e metacaulim (MC), pesquisados em questão, que os ensaios realizados com apenas 1 g de CaO podem estar subestimando os valores obtidos de CaO consumidos por grama de material pozolânico. As normas brasileira e francesa foram discutidas com base nos resultados de ensaios Chapelle e enfatizou-se a quantificação do consumo de cal, em massa, pela fase amorfa destes materiais, que pode ser determinada pela análise de difração de raios-X por meio do método de refinamento de Rietveld.

Palavras-chave: reatividade pozolânica, método Chapelle, cinza de bagaço de cana-de-açúcar, cinza de casca de arroz, sílica ativa, cinza volante, metacaulim.

Shrinkage is one of the least desirable attributes in concrete. Large areas of exposed concrete surfaces , such as in shotcrete tunnel linings, where it is practically impossible to make a moist cure, are highly susceptible to plastic shrinkage at early ages. The autogenous and drying shrinkage can lead to states of greater than threshold strength, causing fracture, mechanical damage and lack of durability of concrete structures. The addition of fibers can greatly reduce plastic shrinkage, but has limited effect in mitigating autogenous and drying shrinkage. To evaluate the performance of polypropylene and steel fibers to understand their effect on shrinkage of concrete, a study was carried out to relate the loss of water from the paste and the shrinkage during the first 28 days of age, and compare it with a control mix without fiber. The loss of water was obtained by the weight loss of the specimens at different ages, since the only component that could contribute for the loss of weight was the water lost by the paste of the concrete. And the paste itself is the only source of shrinkage. Uniaxial compressive tests from very early ages enabled the determination of time when plastic shrinkage ended. It was observed that the control concrete mix lost three times more water and developed plastic and drying shrinkage 60 % higher than the fiber reinforced concrete mixes. It was possible to demonstrate that the reduced loss of water caused by the incorporation of fibers is related to the mitigation of plastic shrinkage. It was observed that the fibers are effective to restrain the movement of water through the cement paste in the plastic state, however such effect is limited after concrete starts the hardening state.

Keywords: fiber reinforced concrete, plastic shrinkage, drying shrinkage, water loss, early age properties.

A retração é um dos atributos menos desejáveis em concreto. Grandes áreas de superfícies expostas de concreto, tais como nos túneis em concreto projetado, onde é praticamente impossível proceder a uma cura úmida, são altamente suscetíveis à retração plástica nas primeiras idades. Retrações autógena e por secagem podem conduzir a estados de tensões maiores que a limite, provocando fratura, comprometimento mecânico e da durabilidade das peças de concreto. A adição de fibras pode reduzir consideravelmente a retração plástica, mas apresenta efeito limitado na mitigação das retrações autógena e por secagem. Na busca pela avaliação do desempenho das fibras e entendimento dos seus efeitos na retração do concreto relacionou-se a perda de água da pasta com a retração no período dos primeiros 28 dias. Concretos reforçados com fibras de polipropileno e de aço tiverem seus desempenhos em retração e perda de água comparados com um traço de controle sem fibra. A perda de água foi obtida pela perda de peso dos espécimes em diferentes idades, pois o único componente que contribui para a perda de peso é a perda de água pela pasta. E a pasta é a única fonte de retração. Testes de compressão uniaxial em idades muito precoces auxiliaram na determinação da idade quando a retração plástica terminou. Foi observado que o traço de controle perdeu três vezes mais água e desenvolveu retração plástica e por secagem 60 % mais altas do que os traços com fibras no mesmo período. Foi possível demonstrar que a redução da perda de água causada pela incorporação das fibras está relacionada com a mitigação da retração plástica. Observou-se que as fibras são eficazes em conter o movimento de água através da pasta de cimento no estado plástico, mas o mesmo não se dá após o início do endurecimento do concreto.

Palavras-chave: concreto reforçado com fibra, retração plástica, retração por secagem, perda de água, propriedades nas primeiras idades.

Commercial coal production in the southern region of Brazil has been occurring since the beginning of the twentieth century. Due to the geological characteristics of the region, large amounts of solid wastes are generated. The aim of this work was to evaluate the use of coal waste to produce concrete paving blocks. A procedure to process the coal waste with the purpose of reducing the sulfur content and changing the particle size distribution of the material to meet the specification of fine aggregates was developed. The methodology considered the following steps: (a) sampling of a coal mining waste; (b) gravity separation of the fraction with specific gravity between 2.4 and 2.8; (c) comminution of the material and particle size analysis; (d) technological characterization of the material and production of concrete paving blocks; and (e) acidity generation prediction (environmental feasibility). The results showed that the coal waste considered in this work can be used to replace conventional sand as a fine aggregate for concrete paving blocks in a proportion of up to 50%. This practice can result in cleaner coal production and reduce the demand for exploitation of sand deposits.

Keywords: coal waste, environment, fine aggregate, concrete, paving.

A produção de carvão mineral na região sul do Brasil vem ocorrendo desde o início do século XX. Devido às características geológicas da região, grandes quantidades de resíduos sólidos são gerados. O objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização de rejeito de carvão para a produção de blocos de pavimentação de concreto. O rejeito de carvão foi beneficiado com o objetivo de reduzir o teor de enxofre e ajustar o tamanho das partículas do material para as especificações de distribuição granulométrica de agregado miúdo. A metodologia considerou os seguintes passos: (a) amostragem do rejeito de carvão mineral; (b) separação gravimétrica da fração com densidade entre 2,4 e 2,8; (c) cominuição do material e análise da distribuição granulométrica; (d) caracterização tecnológica do material e produção de blocos de concreto para pavimentação; e (e) predição da geração de acidez (viabilidade ambiental). Os resultados mostraram que o rejeito de carvão utilizado neste trabalho pode ser utilizado para substituir a areia convencional como um agregado miúdo na produção de blocos de concreto para pavimentação numa proporção de até 50%. Esta prática pode colaborar com a produção mais limpa de carvão mineral e reduzir a demanda de exploração de jazidas de areia.

Palavras-chave: rejeito de carvão mineral, meio ambiente, agregado miúdo, concreto, pavimentação.

The structural materials, as reinforced concrete, steel, wood and aluminum, when heated have their mechanical proprieties degraded. In fire, the structures are subject to elevated temperatures and consequently the load capacity of the structural elements is reduced. The Brazilian and European standards show the minimal dimensions for the structural elements had an adequate bearing capacity in fire. However, several structural checks are not contemplated in methods provided by the standards. In these situations, the knowledge of the temperature distributions inside of structural elements as function of time of exposition is required. The aim of this paper is present software developed by the authors called ATERM. The software performs the thermal transient analysis of two-dimensional structures. The structure may be formed of any material and heating is provided by means of a curve of temperature versus time. The data input and the visualization of the results is performed thought the GiD software. Several examples are compared with software Super TempCalc and ANSYS. Some conclusions and recommendations about the thermal analysis are presented.

Keywords: fire, thermal analysis, finite element method, software.

Os materiais utilizados na construção civil, tais como o concreto armado, aço, madeira e alumínio, sofrem degradação de suas propriedades mecânicas quando aquecidos. Em situação de incêndio, as estruturas são submetidas a elevadas temperaturas e, consequentemente, os elementos estruturais perdem sua capacidade portante. As normas brasileira e europeia apresentam algumas dimensões mínimas para os elementos estruturais apresentarem capacidade resistente adequada em situação de incêndio. Porém, diversas verificações estruturais não são contempladas nos métodos apresentados pelas normas. Nessas situações, é necessário o conhecimento da distribuição de temperaturas no interior do elemento estrutural em função do tempo de exposição ao incêndio. O objetivo deste artigo é apresentar um programa de computador desenvolvido pelos autores denominado de ATERM. O programa efetua a análise térmica de estruturas bidimensionais em regime transiente por meio do método dos elementos finitos. A estrutura pode ser constituída de qualquer material e o aquecimento é fornecido por meio de uma curva de temperaturas em função do tempo. A entrada de dados e visualização dos resultados é realizada por meio do programa GiD. Diversos resultados foram comparados ao programa Super Tempcalc e ao programa ANSYS. Ao final do artigo são extraídas algumas conclusões e recomendações sobre a análise térmica de estruturas em situação de incêndio.

Palavras-chave: incêndio, análise térmica, método dos elementos finitos, software.

Abstract

This work deals with an improvement of an anisotropic damage model in order to analyze reinforced concrete structures submitted to reversal loading. The original constitutive model is based on the fundamental hypothesis of energy equivalence between real and continuous media following the concepts of the Continuum Damage Mechanics. The concrete is assumed as an initial elastic isotropic medium presenting anisotropy, permanent strains and bimodularity induced by damage evolution. In order to take into account the bimodularity, two damage tensors governing the rigidity in tension or compression regimes are introduced. However, the original model is not capable to simulate the influence of the previous damage processes in compression regimes. In order to avoid this problem, some conditions are introduced to simulate the damage unilateral effect. It has noted that the damage model is agreement with to micromechanical theory conditions when dealing to unilateral effect in concrete material. Finally, the proposed model is applied in the analyses of reinforced concrete framed structures submitted to reversal loading. These numerical applications show the good performance of the model and its potentialities to simulate practical problems in structural engineering.

Keywords: damage mechanics, unilateral effect, concrete structures, structural failure.

Este trabalho trata do aperfeiçoamento de um modelo dano anisótropo de modo a analisar estruturas em concreto armado submetidas à inversão de carregamento. O modelo constitutivo original é baseado nas hipóteses fundamentais de equivalência de energia entre meio real danificado e meio contínuo equivalente segundo os conceitos da Mecânica do Dano no Contínuo. O concreto é assumido como um meio inicialmente elástico e isótropo que passa a apresentar comportamento mecânico anisótropo, plástico e bimodular induzidos pelos processos de danificação. Com o intuito de se levar em conta a bimodularidade do meio, são propostos dois tensores de dano governando a rigidez em regimes de tração e de compressão. Entretanto, o modelo original não é capaz de simular a influência de processos prévios de danificação em regimes de compressão. Objetivando contornar este problema, algumas condições são introduzidas no modelo para simular o efeito unilateral causado pelo dano. Observa-se que o modelo de dano está de acordo com as condições obtidas da Teoria Micromecânica quando tratando do efeito unilateral em materiais frágeis, como o concreto. Finalmente, o modelo de dano proposto é aplicado na análise de estruturas de pórticos de concreto armado submetidas a cargas com inversão de sinal. Os resultados comprovam o bom desempenho do modelo e potencialidades para simular problemas práticos da Engenharia Estrutural.

Palavras-chave: mecânica do dano, efeito unilateral, estruturas de concreto, falha estrutural.