A questão central deste trabalho é demonstrar a viabilidade técnica e econômica da estabilização de solos com os cimentos pozolânicos de cinza de casca de arroz e de resíduo cerâmico. Para alcançar este objetivo o trabalho foi desenvolvido em duas etapas: a primeira referente ao desenvolvimento dos cimentos pozolânicos e a segunda referente à estabilização do solo propriamente dita. Em ambas as etapas adotou-se o critério da simplicidade e da possibilidade de utilização de equipamentos leves e de absorção de mão-de-obra não especializada. Os resultados técnicos e econômicos referentes ao cimento pozolânico de cinza de casca de arroz foram animadores; porém o mesmo não ocorreu com o cimento pozolânico de resíduo cerâmico que apresentou um desempenho em um patamar inferior. Quanto à estabilização de solos, os experimentos e a avaliação econômica efetuada mostram que a eficácia dos cimentos pozolânicos utilizados é limitada sendo difícil a obtenção de resultados comparáveis com o atualmente obtido com o cimento Portland. / The main scope of this work is to demonstrate the technical and economical viability of the soil stabilization with pozzolanic cements made from rice husk ash and waste bricks and tiles. In order to reach this objective the work has been developed in two stages: the first referes to the development of the pozzolanic cement and the second one referes to the soil stabilization. In both these stages the criteria that has been adopted was of the simplicity, of the use of light equipments and of non skilled labour. The technical and economical results referring to the rice husk ash pozzolanic cement were encouraging; but the same was not the case with the waste bricks and tiles pozzolanic cement that had an inferior performance. As regards the soil stabilization, the tests and the economical evaluation show that the efficiency of the pozzolanic cement is limited thus the results achieved are not as good as of the Portland cement.

O metacaulim é um material pozolânico que vem sendo pesquisado e adotado em vários países. O metacaulim é constituído basicamente de sílica (SiO) e alumina (Al2O3) na fase amorfa, capaz de reagir com o hidróxido de cálcio Ca(OH) gerado durante a hidratação do cimento Portland, formando produtos hidratados similares aos decorrentes da hidratação direta do clinquer Portland. Esta pozolana acelera o processo de hidratação do cimento, formando silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional. O conhecimento das características do metacaulim que influenciam a interação com a cal, se faz necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. O presente trabalho visa determinar as características físico-químicas relevantes para o entendimento da atividade pozolânica, avaliando as reações propiciadas pelo metacaulim em sistemas binários. Para este propósito, realizaram-se estudos experimentais em pasta e concreto, usando as técnicas de difratometria de raios X e de termogravimetria. As etapas experimentais consistiram: na caracterização do metacaulim, com ênfase na determinação do teor da fase amorfa; a avaliação da cinética da reação em sistema metacaulim/hidróxido de cálcio e análise da evolução da hidratação de cimento com alto teor de metacaulim. Nos sistemas cimenticios de concretos com diferentes teores de substituição de metacaulim com e sem cal hidratada, foi avaliado o comportamento da resistência à compressão. No metacaulim estudado, o teor da fase amorfa foi de 74,60% e o restante (25,40%) atua como material inerte, e o consumo máximo por atividade pozolânica, foi de 1,34 gr de Ca(OH)/grama de fase amorfa de metacaulim. Na evolução das reações, por atividade pozolânica o C-S-H foi formando gradativamente. A adição de 15% de metacaulim e 5% de cal hidratada em concretos proporcionou um ganho de resistência de 17% a mais em função do concreto de referência. / The metakaolin is a pozzolanic material that has been investigated and adopted in several countries. The metakaolin consists primarily of silica (SiO) and alumina (Al2O3) in the amorphous phase, and can react with calcium hydroxide Ca (OH) generated during hydration of Portland cement to form products similar to those obtained during Portland clinker basic hydration. This pozzolana could accelerate the hydration of cement, forming calcium silicate hydrate (C-S-H) additional. The knowledge of the characteristics of metakaolin that influence the interaction with lime provides the necessary subsidize to prevent excessive consumption of portlandite. This paper aims to determine the physical and chemical relevant characteristics in order to understand the pozzolanic activity, evaluating the responses provided by the metakaolin in binary systems. For this purpose, experimental studies were conducted in paste and concrete, using the techniques of X-ray diffraction and thermogravimetry. The experimental steps consisted of: the characterization of metakaolin, with emphasis on determining the amorphous phase content, this evaluation of the kinetics of the reaction system metakaolin and calcium hydroxide; The analysis of the evolution of the cement hydration with high content of metakaolin. In cementitious systems of concrete with different metakaolin replacement levels with and without hydrated lime, was rated the behavior of the compressive strength. The content of amorphous phase In the studied metakaolim was 74.60% and the remainder (25.40%) acts as an inert material, and the máximum consumption by pozzolanic activity was 1.34 g of Ca (OH)/g amorphous phase of metakaolin. During the evolution of pozzolanic reactions, the C-S-H was gradually formed. The addition of 15% metakaolin and 5% hydrated lime in concrete has a strength gain of 17% more depending on the reference concrete.

O metacaulim é um material pozolânico que vem sendo pesquisado e adotado em vários países. O metacaulim é constituído basicamente de sílica (SiO) e alumina (Al2O3) na fase amorfa, capaz de reagir com o hidróxido de cálcio Ca(OH) gerado durante a hidratação do cimento Portland, formando produtos hidratados similares aos decorrentes da hidratação direta do clinquer Portland. Esta pozolana acelera o processo de hidratação do cimento, formando silicato de cálcio hidratado (C-S-H) adicional. O conhecimento das características do metacaulim que influenciam a interação com a cal, se faz necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. O presente trabalho visa determinar as características físico-químicas relevantes para o entendimento da atividade pozolânica, avaliando as reações propiciadas pelo metacaulim em sistemas binários. Para este propósito, realizaram-se estudos experimentais em pasta e concreto, usando as técnicas de difratometria de raios X e de termogravimetria. As etapas experimentais consistiram: na caracterização do metacaulim, com ênfase na determinação do teor da fase amorfa; a avaliação da cinética da reação em sistema metacaulim/hidróxido de cálcio e análise da evolução da hidratação de cimento com alto teor de metacaulim. Nos sistemas cimenticios de concretos com diferentes teores de substituição de metacaulim com e sem cal hidratada, foi avaliado o comportamento da resistência à compressão. No metacaulim estudado, o teor da fase amorfa foi de 74,60% e o restante (25,40%) atua como material inerte, e o consumo máximo por atividade pozolânica, foi de 1,34 gr de Ca(OH)/grama de fase amorfa de metacaulim. Na evolução das reações, por atividade pozolânica o C-S-H foi formando gradativamente. A adição de 15% de metacaulim e 5% de cal hidratada em concretos proporcionou um ganho de resistência de 17% a mais em função do concreto de referência. / The metakaolin is a pozzolanic material that has been investigated and adopted in several countries. The metakaolin consists primarily of silica (SiO) and alumina (Al2O3) in the amorphous phase, and can react with calcium hydroxide Ca (OH) generated during hydration of Portland cement to form products similar to those obtained during Portland clinker basic hydration. This pozzolana could accelerate the hydration of cement, forming calcium silicate hydrate (C-S-H) additional. The knowledge of the characteristics of metakaolin that influence the interaction with lime provides the necessary subsidize to prevent excessive consumption of portlandite. This paper aims to determine the physical and chemical relevant characteristics in order to understand the pozzolanic activity, evaluating the responses provided by the metakaolin in binary systems. For this purpose, experimental studies were conducted in paste and concrete, using the techniques of X-ray diffraction and thermogravimetry. The experimental steps consisted of: the characterization of metakaolin, with emphasis on determining the amorphous phase content, this evaluation of the kinetics of the reaction system metakaolin and calcium hydroxide; The analysis of the evolution of the cement hydration with high content of metakaolin. In cementitious systems of concrete with different metakaolin replacement levels with and without hydrated lime, was rated the behavior of the compressive strength. The content of amorphous phase In the studied metakaolim was 74.60% and the remainder (25.40%) acts as an inert material, and the máximum consumption by pozzolanic activity was 1.34 g of Ca (OH)/g amorphous phase of metakaolin. During the evolution of pozzolanic reactions, the C-S-H was gradually formed. The addition of 15% metakaolin and 5% hydrated lime in concrete has a strength gain of 17% more depending on the reference concrete.

A questão central deste trabalho é demonstrar a viabilidade técnica e econômica da estabilização de solos com os cimentos pozolânicos de cinza de casca de arroz e de resíduo cerâmico. Para alcançar este objetivo o trabalho foi desenvolvido em duas etapas: a primeira referente ao desenvolvimento dos cimentos pozolânicos e a segunda referente à estabilização do solo propriamente dita. Em ambas as etapas adotou-se o critério da simplicidade e da possibilidade de utilização de equipamentos leves e de absorção de mão-de-obra não especializada. Os resultados técnicos e econômicos referentes ao cimento pozolânico de cinza de casca de arroz foram animadores; porém o mesmo não ocorreu com o cimento pozolânico de resíduo cerâmico que apresentou um desempenho em um patamar inferior. Quanto à estabilização de solos, os experimentos e a avaliação econômica efetuada mostram que a eficácia dos cimentos pozolânicos utilizados é limitada sendo difícil a obtenção de resultados comparáveis com o atualmente obtido com o cimento Portland. / The main scope of this work is to demonstrate the technical and economical viability of the soil stabilization with pozzolanic cements made from rice husk ash and waste bricks and tiles. In order to reach this objective the work has been developed in two stages: the first referes to the development of the pozzolanic cement and the second one referes to the soil stabilization. In both these stages the criteria that has been adopted was of the simplicity, of the use of light equipments and of non skilled labour. The technical and economical results referring to the rice husk ash pozzolanic cement were encouraging; but the same was not the case with the waste bricks and tiles pozzolanic cement that had an inferior performance. As regards the soil stabilization, the tests and the economical evaluation show that the efficiency of the pozzolanic cement is limited thus the results achieved are not as good as of the Portland cement.

A utilização de cinza volante na composição de material cimentício o torna mais sustentável, além de conferir à matriz hidratada características peculiares que melhoram o desempenho frente à ação de diferentes agentes deletérios. A principal desvantagem da utilização de pozolana no sistema cimentício é a maior susceptibilidade à carbonatação. A maior taxa de neutralização da solução aquosa dos poros é devida ao teor remanescente menor de portlandita na matriz. O conhecimento das características da cinza volante que influenciam a interação com a cal, é necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. A presente pesquisa objetiva verificar a eficiência da adição de cal hidratada em concreto executado com cimento pozolânico como forma de reduzir a susceptibilidade à carbonatação. As etapas realizadas para cumprir o objetivo abrangem: a caracterização da cinza volante, com ênfase na determinação do teor de fase vítrea; a cinética de reação em sistema de cinza volante e hidróxido de cálcio; a evolução da hidratação, e a decorrente variação microestrutural. Nos sistemas cimentícios de concretos cujas composições são 100% de cimento ou 50% de cimento e 50% cinza volante, com e sem a adição de 20% de cal hidratada, foi caracterizado a microestrutura da camada de cobrimento e o seu desempenho frente à ação do anidrido carbônico, em ensaio acelerado. Na cinza volante estudada, o teor de fase vítrea foi de 57%, e o consumo máximo por atividade pozolânica, função da área específica BET, foi de 0,69 gramas de Ca(OH)2/grama de fase vítrea de cinza volante. No cimento portland pozolânico, este consumo é menor devido à estrutura formada pela hidratação do cimento. A adição de cal hidratada à pasta de cimento e cinza volante, além de aumentar o consumo de cal por atividade pozolânica, restabeleceu, parcialmente, o teor remanescente de portlandita na matriz. A interação da cinza volante com a cal hidratada não interfere no volume total de vazios da matriz hidratada, porém, refina a microestrutura, aumentando o volume de mesoporos. A carbonatação, em concretos com mesma resistência à compressão de 55 MPa, atingiu maior profundidade quando executado com cimento pozolânico. A adição de cal hidratada não foi eficiente em reduzir a susceptibilidade à carbonatação acelerada. / The use of fly ash in the composition of the cementitious material makes it more sustainable, besides conferring to the hydrated matrix peculiar characteristics which improve its performance with relation to the action of different deleterious agents. The main disadvantage of pozzolan utilization in cementious systems is its susceptibility to carbonation. The greatest neutralization rate of the aqueous solution of the cement pore is, generally, attributed to the smallest amount of portlandite remaining in the matrix. It is necessary to widen knowledge about the characteristics of the fly ash which influence the interaction with calcium hydroxide in order to promote preventive measures with regard to portlandite consumption. This current research aims at verifying the efficiency of hydrated lime addition to concrete by using pozzolanic cement as a way of reducing its susceptibility to carbonation. The steps employed to attain this objective include: fly ash characterization with an emphasis on glass content; fly ash and calcium hydroxide systems kinetics; hydration evolution; and the consequent microstructure variation. In cementious systems of concrete whose composition is either 100% cement or 50% cement and 50% fly ash _ with or without 20% addition of hydrated lime _ it was characterized the microstructure of covercrete and its performance with regard to the interaction with carbon dioxide in accelerated testing. In the studied fly ash, glass content was 57% and the maximum consumption per pozzolanic activity, which is function of BET specific surface area, was 0.69 g of Ca(OH)2/g of glass content in the fly ash. As far as pozzolanic Portland cement is concerned, this consumption is smaller due to the structure formed by the cement hydration. The addition of hydrated lime to the cement paste and fly ash, besides increasing the consumption of lime per pozzolanic activity, partially, reestablished the remaining content of portlandite in the matrix. The interaction of the fly ash with the hydrated lime does not interfere in the total volume of void spaces in the hydrated matrix; however, it refines the microstructure by increasing the volume of mesopores. Carbonation in concrete with the same compressive strength of 55 MPa reached its deepest point when performed in pozzolanic cement. The addition of hydrated lime was not efficient at reducing susceptibility to accelerated carbonation.

A utilização de cinza volante na composição de material cimentício o torna mais sustentável, além de conferir à matriz hidratada características peculiares que melhoram o desempenho frente à ação de diferentes agentes deletérios. A principal desvantagem da utilização de pozolana no sistema cimentício é a maior susceptibilidade à carbonatação. A maior taxa de neutralização da solução aquosa dos poros é devida ao teor remanescente menor de portlandita na matriz. O conhecimento das características da cinza volante que influenciam a interação com a cal, é necessário para subsidiar medidas preventivas com relação ao consumo de portlandita. A presente pesquisa objetiva verificar a eficiência da adição de cal hidratada em concreto executado com cimento pozolânico como forma de reduzir a susceptibilidade à carbonatação. As etapas realizadas para cumprir o objetivo abrangem: a caracterização da cinza volante, com ênfase na determinação do teor de fase vítrea; a cinética de reação em sistema de cinza volante e hidróxido de cálcio; a evolução da hidratação, e a decorrente variação microestrutural. Nos sistemas cimentícios de concretos cujas composições são 100% de cimento ou 50% de cimento e 50% cinza volante, com e sem a adição de 20% de cal hidratada, foi caracterizado a microestrutura da camada de cobrimento e o seu desempenho frente à ação do anidrido carbônico, em ensaio acelerado. Na cinza volante estudada, o teor de fase vítrea foi de 57%, e o consumo máximo por atividade pozolânica, função da área específica BET, foi de 0,69 gramas de Ca(OH)2/grama de fase vítrea de cinza volante. No cimento portland pozolânico, este consumo é menor devido à estrutura formada pela hidratação do cimento. A adição de cal hidratada à pasta de cimento e cinza volante, além de aumentar o consumo de cal por atividade pozolânica, restabeleceu, parcialmente, o teor remanescente de portlandita na matriz. A interação da cinza volante com a cal hidratada não interfere no volume total de vazios da matriz hidratada, porém, refina a microestrutura, aumentando o volume de mesoporos. A carbonatação, em concretos com mesma resistência à compressão de 55 MPa, atingiu maior profundidade quando executado com cimento pozolânico. A adição de cal hidratada não foi eficiente em reduzir a susceptibilidade à carbonatação acelerada. / The use of fly ash in the composition of the cementitious material makes it more sustainable, besides conferring to the hydrated matrix peculiar characteristics which improve its performance with relation to the action of different deleterious agents. The main disadvantage of pozzolan utilization in cementious systems is its susceptibility to carbonation. The greatest neutralization rate of the aqueous solution of the cement pore is, generally, attributed to the smallest amount of portlandite remaining in the matrix. It is necessary to widen knowledge about the characteristics of the fly ash which influence the interaction with calcium hydroxide in order to promote preventive measures with regard to portlandite consumption. This current research aims at verifying the efficiency of hydrated lime addition to concrete by using pozzolanic cement as a way of reducing its susceptibility to carbonation. The steps employed to attain this objective include: fly ash characterization with an emphasis on glass content; fly ash and calcium hydroxide systems kinetics; hydration evolution; and the consequent microstructure variation. In cementious systems of concrete whose composition is either 100% cement or 50% cement and 50% fly ash _ with or without 20% addition of hydrated lime _ it was characterized the microstructure of covercrete and its performance with regard to the interaction with carbon dioxide in accelerated testing. In the studied fly ash, glass content was 57% and the maximum consumption per pozzolanic activity, which is function of BET specific surface area, was 0.69 g of Ca(OH)2/g of glass content in the fly ash. As far as pozzolanic Portland cement is concerned, this consumption is smaller due to the structure formed by the cement hydration. The addition of hydrated lime to the cement paste and fly ash, besides increasing the consumption of lime per pozzolanic activity, partially, reestablished the remaining content of portlandite in the matrix. The interaction of the fly ash with the hydrated lime does not interfere in the total volume of void spaces in the hydrated matrix; however, it refines the microstructure by increasing the volume of mesopores. Carbonation in concrete with the same compressive strength of 55 MPa reached its deepest point when performed in pozzolanic cement. The addition of hydrated lime was not efficient at reducing susceptibility to accelerated carbonation.

La presente tesis contempla el diseño de una gama de concretos de baja contracción, empleando cementos con adición de puzolanas, fibras de polipropileno y fibras metálicas para mitigar la fisuración, mejorando la durabilidad de las edificaciones. Para proponer los diseños se investigó cuáles de las contracciones son la que tienen mayor incidencia en la fisuración del concreto, siendo la contracción plástica y la contracción por secado las más importantes. Asimismo, se estudiaron qué variables son las que provocan la contracción y posterior fisuramiento, afirmando que son producidos por factores ambientales, los componentes del concreto y malas prácticas constructivas. En la primera etapa, se realizó la caracterización de los agregados (fino y grueso), realizándose ensayos como granulometría, absorción, peso específico, contenido de humedad y %pasante de la malla #200. En la segunda etapa se realizaron los ensayos en concreto fresco, siendo el de mayor importancia el ensayo de simulación de contracción plástica, para el cual empleamos la ASTM C1579. Para realizar este ensayo se fabricaron los paneles que simulan restricciones y se construyó una cámara en la que se controla la velocidad del aire, temperatura y humedad relativa. En la tercera etapa se realizaron los ensayos en concreto endurecido, siendo el más importante el ensayo de contracción por secado, para lo cual empleamos la ASTM C490. Para ello, se realizaron probetas rectangulares para la medición de la variación del cambio de longitud durante 31 días. Finalmente, se realizará el análisis costo – beneficio para demostrar la viabilidad de la propuesta. / This thesis contemplates the design of a range of low-shrinkage concretes, using cements with the addition of pozzolans, polypropylene fibers and metallic fibers to mitigate cracking, improving the durability of buildings. In order to propose the designs, it was investigated which of the contractions have the greatest incidence in the cracking of the concrete, being the plastic contraction and the drying contraction the most important. Likewise, the variables that cause contraction and subsequent cracking were studied, stating that they are produced by environmental factors, concrete components and poor construction practices. In the first stage, the characterization of the aggregates (fine and coarse) was carried out, performing tests such as granulometry, absorption, specific weight, moisture content and% passing through of the # 200 mesh. In the second stage, tests were carried out on fresh concrete, the most important being the plastic shrinkage simulation test, for which we used ASTM C1579. To carry out this test, the panels that simulate restrictions were manufactured and a chamber was built in which the air speed, temperature and relative humidity were controlled. In the third stage, tests were carried out on hardened concrete, the most important being the drying shrinkage test, for which we used ASTM C490. For this, rectangular test tubes were made to measure the variation of the change in length during 31 days. Finally, a cost-benefit analysis will be carried out to demonstrate the viability of the proposal. / Tesis