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Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2015. / ENGLISH ABSTRACT: Structural design standards based on the principles of structural reliability are gaining worldwide acceptance and are fast becoming the new basis for structural safety verification. The application of these principles to establish a standardised basis for structural design using partial factor limit states design procedures is done in the European Standard for the Basis of Structural Design EN 1990 from which it is adapted to the South African Standard Basis of Design for Building and Industrial Structures SANS 10160-1. South Africa (SA) is on the advent of adopting the European Concrete Design Standard EN 1992-1-1 (EC2) as the equivalent standard for local use. This investigation seeks to provide a transparent quantitative reliability basis for the SA’s adoption of EC2, as well as provide for its subsequent implementation under local conditions and practice. The investigation kicks-off with a critical review of the reliability framework for structural resistance. The review establishes the relationships between the key elements of the framework, shedding light on issues SA needs to consider as it adopts EC2. Important issues for SA to consider include (1) target levels of structural performance ( -values), (2) partial factors, (3) model uncertainties, and (4) quality control. Design for shear resistance was investigated in greater detail by comparison of EC2’s Variable Strut Inclination Method (VSIM) for stirrup design against alternative approaches, namely, (1) South Africa’s currently operational SANS 10100-1 procedure, and (2) the fib Model Code 2010 first Level of Approximation (LoA I) and fib LoA III, which are based on the Modified Compression Field Theory (MCFT). Unbiased capacity predictions from the MCFT-based sectional analysis Program Response-2000 (R2k) served as LoA IV best-estimate results during this assessment. Results of this investigation showed that EC2 offers higher capacity predictions in excess of 1 MPa of stirrup reinforcement, with significantly higher predictions in the range of 1 to 2 MPa. A reliability performance assessment was therefore commissioned to assess safety regimes in terms of achieved reliability across a parametric range of the amount of stirrup reinforcement (from 0.45 to 2.0 MPa). The First Order Reliability Method (FORM) was implemented as part of the reliability performance assessment of the EC2’s VSIM design procedure. The model uncertainty for shear resistance (stirrup failures) was characterised according to a database of published stirrupreinforced concrete beam shear tests. Three cases of the Model Factor for shear resistance were derived from the experimental database for alternative shear resistance prediction models; two of which formed part of basic investigations conducted using the conventionally formulated performance function, and the other was integrated as part of an independent validation procedure using R2k predictions to obtain the reliability model. Results obtained from the basic reliability model ( -values) generally indicated lower levels of reliability with an increase in stirrup reinforcement and concrete strength, compared to those estimated from the R2k-based reliability model ( -values). The disparity between and -values revealed that systematic effects affect each model’s ability to predict the expected value of true shear resistance . There is reasonable evidence to suggest that the predictions of can be improved by accounting for each model’s peculiar sensitivity to concrete strength, consequently providing more representative estimates of . However, in the interim, and -values, respectively, represent reasonable lower and upper bound estimates of the performance of EC2’s VSIM design procedure. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die beginsels van struktuur betroubaarheid word wêreldwyd aanvaar as basis vir struktuur ontwerp standaarde en die versekering van voldoende struktuur veiligheid. Hierdie beginsels word in die Europese Standaard Basis of Structural Design EN 1990 toegepas om gestandaardiseerde partiële faktor gebaseerde limietstaat ontwerp prosedures daar te stel, van waar dit aangepas is vir die Suid-Afrikaanse Standaard Basis of Design for Building and Industrial Structures SANS 10160-1. Suid-Afrika (SA) staan op die punt om die Europese beton ontwerp standaard EN 1992-1-1 (EC2) aan te neem as die ekwivalente standaard vir plaaslike gebruik. Hierdie ondersoek het as doel om ‘n deursigtige kwantitatiewe betroubaarheidsbasis daar te stel vir die aanneming van EC2 as SA standaard en om voorsiening te maak vir die implementering daarvan onder plaaslike toestande en –praktyk. Die ondersoek begin met ‘n kritiese oorsig van die betroubaarheidsraamwerk vir strukturele weerstand. Die oorsig stel die verhouding vas tussen sleutel elemente van die raamwerk en werp lig op aspekte wat SA moet oorweeg in die aanneming van EC2. Belangrike aspekte vir oorweging sluit (1) teiken betroubaarheidsvlakke vir struktuur gedrag ( -waardes), (2) partiele faktore, (3) model onsekerhede en (4) kwaliteitsbeheer in. Skuif weerstandsontwerp is in groter detail ondersoek deur die EC2 se Veranderbare Stut Hoek Metode (VSHM) vir skuifbeuel ontwerp te vergelyk met alternatiewe benaderings, naamlik, (1) Suid Afrika se huidig operasionele SANS 10100-1 prosedure, (2) fib Model Code 2010 se sogenaamde eerste Vlak van Benadering (VvB I) en fib VvB III, gebaseer op die Aangepaste Drukveld Teorie (ADT). Onbevooroordeelde kapasiteit voorspellings van die ADT-gebaseerde snit analise program “Response-2000 (R2k)” is in die evaluering gebruik as VvB IV bes benaderde resultate. Die ondersoek toon dat EC2 hoër kapasiteit voorspel vir skuifbeuel bewapening tot 1 MPa en beduidend hoër kapasiteite voorspel vir skuifbeuel bewapening tussen 1 en 2 MPa. ‘n Betroubaarheidsprestasie studie is vervolgens geloots om die veiligheid in terme van behaalde betroubaarheid te bepaal oor ‘n parametriese bereik van 0.45 tot 2.0 MPa skuifbeuel bewapening. Die Eerste Orde Betroubaarheids Metode (EOBM) is implementeer as deel van die betroubaarheidsprestasie beoordeling van die EC2 VSHM ontwerp prosedure. ‘n Databasis van gepubliseerde skuifbeuel-bewapende betonbalk skuiftoetse is gebruik om die model onsekerheid vir die verskillende skuifweerstandsmodelle statisties te beskryf. Drie Model Faktore is uit die eksperimentele databasis afgelei, twee waarvan gebruik is in basiese ondersoeke met die konvensioneel geformuleerde prestasie funksie en die derde as deel van ‘n onafhanklike bevestigingsprosedure gebaseer op R2k voorspellings. Resultate wat verkry is uit die basiese betroubaarheidsmodel ( -waardes) was laer (meer konserwatief), en het ook vinniger afgeneem met ‘n toename in skuifbeuel bewapening as die waardes wat uit die R2k-gebaseerde betroubaarheidsmodel ( -waardes) verkry is. Die verskil tussen β en β -waardes toon dat sistematiese effekte die vermoë van elk van die modelle beïnvloed om die verwagte waarde van die werklike skuifweerstand V te voorspel. Daar is redelike bewyse om aan te voer dat die voorspellings van V verbeter sal kan word deur elke model se unieke sensitiwiteit teenoor betonsterkte in ag te neem, om sodoende meer verteenwoordigende β waardes te verkry. Intussen verteenwoodig die β en β -waardes onderskeidelik redelike onder- en bogrens skattings vir die prestasie van EC2 se VSHM ontwerp prosedure.

[pt] Este estudo teórico-experimental analisa o comportamento até a ruptura de vigas de concreto armado reforçadas externamente à torção com compósitos de fibras de carbono (CFC). No programa experimental, sete vigas de concreto armado, com seção transversal de 20 cm x 40 cm e 420 cm de comprimento, com mesma armadura de aço longitudinal e transversal e concreto com mesma resistência à compressão, foram ensaiadas até a ruptura. As vigas testadas foram divididas em três séries, sendo uma viga de referência sem reforço, três vigas com reforço transversal externo e três vigas com reforço externo transversal e longitudinal. Para a realização dos ensaios foi montada uma estrutura auxiliar de aço capaz de transferir às vigas a solicitação de torção pura. No estudo teórico foram desenvolvidas duas formulações. A primeira formulação, baseada no modelo da treliça espacial generalizada com abrandamento de tensões, apresenta uma sistemática para traçado da curva momento torçor x ângulo de torção por unidade de comprimento de vigas de concreto armado reforçadas à torção. A segunda formulação, fundamentada no modelo da Analogia da Treliça Espacial de acordo com a filosofia de dimensionamento do Eurocode 2, apresenta uma sistemática para dimensionamento de reforço com CFC . As duas metodologias adotam um modelo para determinação da aderência entre o substrato de concreto e o reforço. A inclusão da aderência nos modelos desenvolvidos é de grande importância porque em geral a ruptura do elemento estrutural ocorre devido ao descolamento do CFC. Os resultados experimentais obtidos nos testes das vigas foram utilizados para validar as duas formulações teóricas desenvolvidas. Os resultados experimentais apresentaram boa aproximação quando comparados com os modelos propostos. Verificou-se que todas as vigas reforçadas apresentaram um acréscimo de resistência à torção em torno de 40% em relação à viga de referência. Verificou-se que, após a fissuração, as vigas reforçadas apresentaram perda de rigidez inferior à da viga de referência. Observou-se que o ângulo da fissura medido experimentalmente, o ângulo de inclinação calculado pelo estado de deformação e o ângulo de inclinação calculado pelo estado de tensão da viga apresentaram valores próximos para cada viga. / [en] A theoretical-experimental research on the torsional behavior up to failure of reinforced concrete beams strengthened with external carbon fiber composites (CFC) was carried out. The experimental study comprises a series of seven reinforced concrete beams with the same compressive strength of concrete loaded to failure and subjected to torsion. The beams dimensions were 20 cm x 40 cm x 420 cm. The test specimens had the same internal steel reinforcement. The beams were divided in three series: the reference beam without strengthening; three beams with the external strengthening applied transversally and three beams with the external strengthening applied transversally and longitudinally. For the accomplishment of the tests an auxiliary steel structure was mounted, capable to transfer to the beams the pure torsion moment. In the theoretical study two analytical procedures were developed. The first formulation, based on the softened space truss model for torsion, presents a systematic to obtain the curve torsion moment x torsion angle per length unit of the reinforced concrete beams with CFC torsion strengthening. The second systematic, based on the Space Truss Model in accordance with the Eurocode 2, presents the design of the CFC strengthening. Both methodologies adopt the Chen and Teng bond model between concrete and CFC. The consideration of the bond in the developed models is very important because the failure of the concrete members often occurs from debonding of the CFC. The experimental results from the beams tests were used to validate the two analytical procedures. Good agreement was obtained with the experimental and analytical results. For all the strengthened beams the average values of torsion strength were increased by 40% when compared to the reference beam. After cracking, the loss of rigidity in the strengthened beams was lower then in the reference beam. The cracking angle experimentally measured and the strut angles evaluated by strain state and stress state presented close values.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a técnica de dopagem em agregados química e mineralogicamente deficientes e tem como objetivo demonstrar que se houver a dopagem de agregados, ainda que haja o limitante das respectivas resistências destes materiais, eles poderão vir a ser utilizados em grandes obras com pleno êxito. A técnica apresenta-se como uma solução para a problemática de disponibilidade de bens minerais, atualmente em declínio em virtude de problemas de sustentabilidade ambiental, de zoneamentos restritivos e de usos competitivos do solo, tornando preocupantes as perspectivas de garantia de suprimento futuro. Por meio da impregnação inicial do agregado com aglomerantes de alto desempenho foi possível modificar sua textura, estabelecer ponte de ligação entre ele e a matriz do concreto e criar carapaça de proteção e reforço, atingindo-se fc28 = 60 MPa nos concretos lateríticos dopados. A eficiência da técnica foi avaliada comparando-se propriedades mecânicas e microestruturais de concretos não dopados (referência) e dopados. Para tanto, foram realizados ensaios de resistências à compressão, à tração por compressão diametral e à tração na flexão, absorção de água por imersão e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados demonstraram ser possível melhorar agregados graúdos deficientes por meio da dopagem e obter concretos de comportamento comparável ou até superior a concretos usualmente considerados como de bom desempenho. Ainda que seja um estudo inicial, a técnica de dopagem revela-se promissora, com expectativa de uso em agregados normalmente considerados inadequados para concretos estruturais. / This thesis presents a study on the doping technique in aggregates disabled chemical and mineralogical and aims to demonstrate that with the technique, although there is a resistances limitation, these aggregates could be used with success in large projects. The doping technique is presented as a solution to the minerals availability problem, currently declining due to environmental sustainability problems, restrictive zoning and land competing uses, fact that worries the future supply security. By impregnating initial of the aggregate with high performance binders was possible to modify its texture, to establish a bridge between it and the concrete matrix and create shell protection and enhancement, reaching fc28 = 60 MPa in lateritic doped concrete. Mechanical and microstructural properties of reference concretes and doped concretes were compared to evaluate the doping efficiency. Testing of compressive strength, tensile strength by diametrical compression and tensile strength in bending, water absorption by immersion and scanning electron microscopy were performed. The results indicate that deficient coarse aggregates can be improved by the doping technique and it is possible to obtain specific behavior comparable or even superior to concrete usually considered to be of good performance. Although it is an initial study, the doping technique seems to be promising, with expected use in aggregates considered unsuitable for structural concrete.

Esta tese aborda as influências do agregado leve na dosagem, características físicas e mecânicas de concreto autoadensável (CAA) quando na fração de graúdo da mistura, substitui-se parte do volume absoluto da brita de basalto (máx 19 mm) pelo volume equivalente de argila expandida brasileira (máx 12,7 mm). O fato de conhecer as implicações na reologia do CAA, provocadas pelo uso conjunto de agregados com características físicas distintas e, apresentar este tipo de concreto como uma alternativa promissora para uso na indústria da pré-fabricação em concreto, justificam esta pesquisa. A substituição da brita de basalto pela argila expandida (AE-1506), em teores de volume absoluto, foi de 20%, 40%, 60%, 80% e 100%. Como resultados, produziram-se concretos autoadensáveis com consumo de aglomerantes (cimento Portland CP V-ARI e sílica ativa) da ordem de 510 kg/m³, que atenderam aos limites de autoadensabilidade propostos pela norma NBR 15823-1 (2010). Na condição endurecida, apresentaram massa específica seca de 2.358,3 a 1.720,7 kg/m³, resistência à compressão (fc28) de 60 a 43 MPa, módulo de elasticidade (Esc) de 23 a 34 GPa e eficiência estrutural (FEE) de 22 a 29 MPa.dm³.kg-1, sem sinais visíveis de frente de carbonatação. Obteve-se concreto leve autoadensável (CLAA) a partir de misturas com fração de graúdo foi composta por 60% de argila expandida e 40% de brita de basalto, que atingiram massa específica seca de 1.986 kg/m³, resistência a compressão (fc28) de 51,3 MPa e condutividade térmica () de 1,07 a 1,53 W/m.K. Constatou-se que a argila expandida interfere significativamente nas características dos concretos exigindo, na comparação com CAA confeccionado com 100% de brita de basalto, maior teor de argamassa e relação volume de água/volume de finos mais elevado. / This thesis discusses aspects related to the influence of lightweight aggregate in the mix design, physical and mechanical properties of the self-compacting concrete (SCC) when replacing part of the absolute volume of basalt crushed stone (máx19 mm) with a lightweight aggregate equivalent absolute volume Brazilian expanded clay (máx 12,7 mm). Understanding interference on the rheology of the SCC caused by the use of aggregates with different physical properties and recommend this type of concrete as a promising alternative for the pre-fabricated concrete industry, justify this research. The replacement of basalt crushed stone for lightweight aggregate (AE-1506), in equivalent absolute volume, was 20%, 40%, 60%, 80% and 100%. As a result, self-compacting concrete was produced with consumption of binders (cement Portland CP V-ARI and silica fume) of about 510 kg / m³, appropriate for self- compactibility limits established by the ABNT NBR 15823-1 (2010) standard. In the hardened condition, the dry density value ranged from 2.358,3 to 1.720,7 kg/m³, compressive strength (fc28) ranged from 60 to 43 MPa, elasticity modulus (Esc) ranged from 23 to 34 GPa, and efficiency structural (FES) ranged from 22 to 29 MPa.dm³.kg-1, with no visible signs of carbonation. The self-compacting lightweight expanded clay concrete (SCLC) was obtained from mixtures which its absolute volume fraction of aggregate coarse was composed by 60% of expanded clay and 40% of basalt crushed stone, with dry density of 1986 kg/m³, compressive strength (fc28) of 51.3 MPa and thermal conductivity () varied from 1,07 to 1,53 W/m.K. It was found that the expanded clay significantly interferes in the properties of concretes demanding in comparison with SCC made with 100% basalt crushed stone, mortar content and ratio higher volume of water/volume of higher fines.

This research is part of a project that aimed to evaluate the technical viability of the use of unground (in natura) residual Rice Husk Ash (RHA), without grinding, for structural concrete. The present work investigated the evaluation of the depth and the determination of the carbonation coefficients for concrete with the addition of 15% and 25% residual RHA in replacement of cement CP II F-32 (values in mass) ground in mill of balls and unground, and compared with the reference concrete with three water/cimenticious materials ratios: 0.45, 0.55 and 0.65. This work aimed more specifically to analyze the influence of the type and the level of residual RHA incorporated to the concrete on the carbonation process. Accelerated carbonation, mercury intrusion porosimetry and remaining calcium hydroxide level were investigated. For comparison, axial compression strength tests were carried out. The accelerated carbonation tests were performed after a period of 3, 6, 9 and 12 weeks of exhibition to CO2 in climatic chamber. Porosimetry, remaining calcium hydroxide, and axial compression strength tests were performed on 91 days. The results showed that the carbonation coefficients of the ground residual RHA sample were lower than the values presented by the unground (in natura) residual RHA, in both replacement levels and in all water/cimenticious materials ratios. The lowest carbonation coefficient values were related to the reference concrete. Concerning mercury intrusion porosimetry, the incorporation of RHA caused a refinement of the concrete pores when compared to the reference in the three water/cimenticious materials ratios used. On the other hand, the effect of the lowest alkaline reservation of the concretes containing the incorporation of residual RHA prevailed on the effect of the permeability reduction of the concretes caused by the addition of RHA. Therefore, the use of residual RHA to the structural concrete in levels of 15% of incorporation to ground and in natura samples in the water/cimenticious materials ratios 0.45, 0.55 and 0.65; in levels of 25% of replacement for the in natura sample of water/cimenticious material ratios 0.45, as well as the ground sample with water/materials cimenticious ratios 0.45 and 0.55, is an option when carbonation is the main variable of concrete durability. / A pesquisa realizada faz parte de um projeto que tem por objetivo a avaliação da viabilidade técnica do emprego de CCA residual IN NATURA , sem moagem, em concretos para fins estruturais. A presente investigação trata da avaliação da profundidade e a determinação dos coeficientes de carbonatação para concretos com a adição de CCA residual com teores de 15% e 25% em substituição ao cimento CP II F-32 (valores em massa) moída em moinho de bolas e in natura , sendo esta sem moagem e comparados com o concreto de referência, com três relações a/ag 0,45, 0,55 e 0,65. Objetiva, mais especificamente, analisar a influência do tipo e do teor de CCA residual incorporado ao concreto, sobre o processo de carbonatação. Foram realizados ensaios de carbonatação acelerada, porosimetria por intrusão de mercúrio e teor de hidróxido de cálcio remanescente. Para efeito de comparação, também foram realizados ensaios de resistência à compressão axial. Os ensaios de carbonatação acelerada foram realizados após um período de 3, 6, 9 e 12 semanas de exposição ao CO2 em câmara climática. Os ensaios de porosimetria, hidróxido de cálcio remanescente e resistência à compressão foram realizados aos 91 dias. Os resultados indicam que os coeficientes de carbonatação da amostra com a adição de CCA residual moída foram inferiores aos valores apresentados pela amostra de CCA residual IN NATURA , em ambos os teores de substituição e em todas as relações a/ag. Os menores valores de coeficiente de carbonatação apresentados reportam-se ao concreto de referência. Analisando-se os resultados de porosimetria por intrusão de mercúrio, percebese que a incorporação de CCA acarreta um refinamento dos poros do concreto quando comparado ao referência, nas três relações a/ag empregadas. Por outro lado, nesta pesquisa, prepondera o efeito da menor reserva alcalina dos concretos contendo a incorporação de CCA residual sobre o efeito de redução da permeabilidade dos concretos ocasionada pela adição de CCA. Além disso, vislumbra-se a possibilidade do emprego de CCA residual ao concreto estrutural nos teores de 15% de incorporação de CCA residual tanto a amostra moída quanto in natura nas relações a/ag 0,45, 0,55 e 0,65 e para o teor de 25% de substituição para a amostra in natura de relação a/ag de 0,45 bem como a amostra moída com relação a/ag de 0,45 e 0,55, quando a principal variável de durabilidade do concreto é a carbonatação.

Na produção de concreto estrutural, apesar dos avanços tecnológicos, ainda se utilizam de materiais in natura, o que vem ocasionando problemas ambientais e econômicos a cadeia produtiva. Um dos problemas está associado à extração de areia do leito de rios, motivo pelo quais os profissionais envolvidos com a tecnologia do concreto vêm buscando alternativas ao uso dessa areia na produção de concreto estrutural. Uma alternativa que vem sendo estudada, pela grande disponibilidade, é o uso de uma areia produzida a partir da cominuição de rochas, chamada de areia de britagem. Na região de Caxias do Sul existem grandes reservas de rochas de origem basáltica (Riodacitos), a partir das quais é possível se produzir esse tipo de areia. Neste trabalho foi avaliada a viabilidade de se substituir à areia natural por areia de britagem de rochas basálticas produzidas em cinco empresas mineradoras localizadas na região de Caxias do Sul. O estudo foi desenvolvido em três etapas: na primeira foram avaliadas as características das areias decorrentes da mineralogia e petrografia das rochas e do processo de fabricação nas mineradoras; na segunda etapa foram avaliadas as propriedades do concreto através do método de dosagem EPUSP/IPT; na terceira etapa, para comprovar a eficiência do método de dosagem, foram produzidos traços específicos para cada tipo de areia. Os resultados de caracterização demonstraram que as areias de britagem possuem características diferentes das da areia natural e que apenas duas das cinco areias avaliadas apresentam propriedades que permitem a sua utilização em concreto estrutural. As propriedades decorrentes do processo de fabricação, como a presença de material pulverulento, forma e textura dos grãos provocaram um aumento no teor de argamassa, o que influenciou diretamente no proporcionamento dos materiais constituintes. Os resultados para a avaliação das propriedades do concreto demonstraram que, para um mesmo traço, a resistência a compressão axial e o módulo de elasticidade são menores nos concretos produzidos com areias de britagem. Corrigindo-se os teores de argamassa e produzindo-se traços específicos para cada tipo de areia é possível produzir concretos com resistências desejadas. Apesar das diferenças encontradas nas propriedades das areias foi comprovado que as areias de britagem estudadas podem ser utilizadas na produção de concreto estrutural de cimento Portland, substituindo totalmente à areia natural. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-03T20:43:28Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Edison Humberto Viero.pdf: 1978943 bytes, checksum: fab5a6668b1624ae95d901331299a4d3 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-03T20:43:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Edison Humberto Viero.pdf: 1978943 bytes, checksum: fab5a6668b1624ae95d901331299a4d3 (MD5) / Despite the technological advances on the structural concrete production, in natura materials are still used. This fact has been causing environmental and economic problems to the manufacturing chain. One of the problems is related to the sand extraction from riverbeds, this is the reason why professionals involved with concrete technology are searching for alternatives to the use of this type of sand in the structural concrete manufacturing. One alternative that is being studied in various parts of the country, because its large availability is a sand produced from the rocks´ comminution, called crushing sand. In the Caxias do Sul region there are large reservations of basaltic rocks origin (Riodacitos), from which it is possible to produce this type of sand. In this work, it was evaluated the feasibility of substitute natural sand for crushing sand from basaltic rocks produced in five mining companies located at Caxias do Sul region. The study was developed in three stages: on the first one, the features of the sand that arises from rocks´ mineralogy and petrography and from the mining manufacturing process were evaluated; on the second the concrete properties through the EPUSP/IPT dosage method were evaluated; on the third they were produced specific trace to each type of sand in order to verify the efficiency of the dosage method. The characterization results established that the crushing sand have different features IF compared with natural sand and that Just two out of Five evaluated sands presented properties that allow its use in structural concrete. The properties arising from the fabrication process, for example the presence of powder material, the grains´ shape and texture caused the raise of the plaster content, which influenced directly on the constituents materials proportioning. The results of the concrete properties evaluation showed that, for the same trace, the resistance to axial compression and the elasticity module are smaller in the concretes produced with crushing sand. If the plaster content is corrected and the specific traces are produced for each type of sand it is possible to produce concretes with desired resistance. In spite of the differences found on the sand properties it was proven that the crushing sand produced at the Caxias do Sul region can be used on the portland cement structural concrete production, replacing totally the natural sand used.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a técnica de dopagem em agregados química e mineralogicamente deficientes e tem como objetivo demonstrar que se houver a dopagem de agregados, ainda que haja o limitante das respectivas resistências destes materiais, eles poderão vir a ser utilizados em grandes obras com pleno êxito. A técnica apresenta-se como uma solução para a problemática de disponibilidade de bens minerais, atualmente em declínio em virtude de problemas de sustentabilidade ambiental, de zoneamentos restritivos e de usos competitivos do solo, tornando preocupantes as perspectivas de garantia de suprimento futuro. Por meio da impregnação inicial do agregado com aglomerantes de alto desempenho foi possível modificar sua textura, estabelecer ponte de ligação entre ele e a matriz do concreto e criar carapaça de proteção e reforço, atingindo-se fc28 = 60 MPa nos concretos lateríticos dopados. A eficiência da técnica foi avaliada comparando-se propriedades mecânicas e microestruturais de concretos não dopados (referência) e dopados. Para tanto, foram realizados ensaios de resistências à compressão, à tração por compressão diametral e à tração na flexão, absorção de água por imersão e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados demonstraram ser possível melhorar agregados graúdos deficientes por meio da dopagem e obter concretos de comportamento comparável ou até superior a concretos usualmente considerados como de bom desempenho. Ainda que seja um estudo inicial, a técnica de dopagem revela-se promissora, com expectativa de uso em agregados normalmente considerados inadequados para concretos estruturais. / This thesis presents a study on the doping technique in aggregates disabled chemical and mineralogical and aims to demonstrate that with the technique, although there is a resistances limitation, these aggregates could be used with success in large projects. The doping technique is presented as a solution to the minerals availability problem, currently declining due to environmental sustainability problems, restrictive zoning and land competing uses, fact that worries the future supply security. By impregnating initial of the aggregate with high performance binders was possible to modify its texture, to establish a bridge between it and the concrete matrix and create shell protection and enhancement, reaching fc28 = 60 MPa in lateritic doped concrete. Mechanical and microstructural properties of reference concretes and doped concretes were compared to evaluate the doping efficiency. Testing of compressive strength, tensile strength by diametrical compression and tensile strength in bending, water absorption by immersion and scanning electron microscopy were performed. The results indicate that deficient coarse aggregates can be improved by the doping technique and it is possible to obtain specific behavior comparable or even superior to concrete usually considered to be of good performance. Although it is an initial study, the doping technique seems to be promising, with expected use in aggregates considered unsuitable for structural concrete.

Esta tese aborda as influências do agregado leve na dosagem, características físicas e mecânicas de concreto autoadensável (CAA) quando na fração de graúdo da mistura, substitui-se parte do volume absoluto da brita de basalto (máx 19 mm) pelo volume equivalente de argila expandida brasileira (máx 12,7 mm). O fato de conhecer as implicações na reologia do CAA, provocadas pelo uso conjunto de agregados com características físicas distintas e, apresentar este tipo de concreto como uma alternativa promissora para uso na indústria da pré-fabricação em concreto, justificam esta pesquisa. A substituição da brita de basalto pela argila expandida (AE-1506), em teores de volume absoluto, foi de 20%, 40%, 60%, 80% e 100%. Como resultados, produziram-se concretos autoadensáveis com consumo de aglomerantes (cimento Portland CP V-ARI e sílica ativa) da ordem de 510 kg/m³, que atenderam aos limites de autoadensabilidade propostos pela norma NBR 15823-1 (2010). Na condição endurecida, apresentaram massa específica seca de 2.358,3 a 1.720,7 kg/m³, resistência à compressão (fc28) de 60 a 43 MPa, módulo de elasticidade (Esc) de 23 a 34 GPa e eficiência estrutural (FEE) de 22 a 29 MPa.dm³.kg-1, sem sinais visíveis de frente de carbonatação. Obteve-se concreto leve autoadensável (CLAA) a partir de misturas com fração de graúdo foi composta por 60% de argila expandida e 40% de brita de basalto, que atingiram massa específica seca de 1.986 kg/m³, resistência a compressão (fc28) de 51,3 MPa e condutividade térmica () de 1,07 a 1,53 W/m.K. Constatou-se que a argila expandida interfere significativamente nas características dos concretos exigindo, na comparação com CAA confeccionado com 100% de brita de basalto, maior teor de argamassa e relação volume de água/volume de finos mais elevado. / This thesis discusses aspects related to the influence of lightweight aggregate in the mix design, physical and mechanical properties of the self-compacting concrete (SCC) when replacing part of the absolute volume of basalt crushed stone (máx19 mm) with a lightweight aggregate equivalent absolute volume Brazilian expanded clay (máx 12,7 mm). Understanding interference on the rheology of the SCC caused by the use of aggregates with different physical properties and recommend this type of concrete as a promising alternative for the pre-fabricated concrete industry, justify this research. The replacement of basalt crushed stone for lightweight aggregate (AE-1506), in equivalent absolute volume, was 20%, 40%, 60%, 80% and 100%. As a result, self-compacting concrete was produced with consumption of binders (cement Portland CP V-ARI and silica fume) of about 510 kg / m³, appropriate for self- compactibility limits established by the ABNT NBR 15823-1 (2010) standard. In the hardened condition, the dry density value ranged from 2.358,3 to 1.720,7 kg/m³, compressive strength (fc28) ranged from 60 to 43 MPa, elasticity modulus (Esc) ranged from 23 to 34 GPa, and efficiency structural (FES) ranged from 22 to 29 MPa.dm³.kg-1, with no visible signs of carbonation. The self-compacting lightweight expanded clay concrete (SCLC) was obtained from mixtures which its absolute volume fraction of aggregate coarse was composed by 60% of expanded clay and 40% of basalt crushed stone, with dry density of 1986 kg/m³, compressive strength (fc28) of 51.3 MPa and thermal conductivity () varied from 1,07 to 1,53 W/m.K. It was found that the expanded clay significantly interferes in the properties of concretes demanding in comparison with SCC made with 100% basalt crushed stone, mortar content and ratio higher volume of water/volume of higher fines.