A utilização de concreto leve decorre especialmente dos benefícios promovidos pela redução da massa específica do material, tais como menores esforços nas estruturas, economia com fôrmas e cimbramento, além de diminuição dos custos com transporte e montagem de construções pré-fabricadas. Atualmente, além das questões técnicas e econômicas, a escolha dos materiais de construção deve levar em conta os aspectos ambientais. Portanto, o uso de poliestireno expandido (EPS) na produção de concreto pode abrir portas para o emprego de resíduos de materiais dessa natureza, e ainda usufruir de sua baixa massa específica nas aplicações estruturais. Este trabalho teve como objetivo determinar as principais características do concreto leve com pérolas (esferas) de EPS, também conhecido como Concreto Ultraleve® ou Concreflex®, características essas necessárias para projetar elementos estruturais, e analisar o comportamento de lajes produzidas com esse novo material. Mais especificamente, foram determinadas características mecânicas, tais como: resistência à compressão, módulo de elasticidade e resistência à tração, na compressão diametral e na flexão, além de características de deformação de longo prazo, como retração e fluência. Também foi determinada a massa específica e avaliada sua relação com as características mecânicas, além dos ensaios de modelos de lajes unidirecionais produzidas com esse concreto. Para analisar a possibilidade de aplicação prática do concreto leve com EPS em lajes, foram elaboradas tabelas para pré-dimensionamento de lajes unidirecionais e bidirecionais com o novo material, nas quais essas lajes foram comparadas com as de concreto comum. Com base no procedimento experimental e nos resultados dos ensaios, o objetivo de determinar as características necessárias para projetar elementos estruturais de Concreto Leve com EPS foi alcançado. Pode-se ainda afirmar que o concreto estudado, com aproximadamente metade da massa específica dos concretos convencionais, apresenta características compatíveis com a produção e o uso comercial de lajes maciças, principalmente pré-moldadas, o que pode ser estendido a outros elementos que não necessitem de concretos com resistência muito alta. Também foi avaliado o comportamento de modelos de lajes de concreto leve com poliuretano (PU), de maneira semelhante ao estudo realizado com EPS, incluindo a caracterização do concreto de cada modelo. Para complementar a análise de desempenho do concreto leve com EPS, apresentou-se um estudo de carbonatação, que comprovou a excelente condição desse novo material com relação à durabilidade. / The use of lightweight concrete is mainly due to the benefits provided by reducing the density of the material such as smaller efforts on structures, economy of molds and scaffolding, as well as lower costs of transportation and erection of precast constructions. Currently, besides the technical and economic issues, the choice of building materials should take into account environmental aspects. Therefore, the use of expanded polystyrene (EPS) in the concrete production can open doors for the use of waste materials of this nature, and still to take advantage of its low density in structural applications. This study aimed to determine the main characteristics of the lightweight concrete with EPS beads (spheres), also named Ultra Lightweight Concrete, characteristics which are necessary to design structural members, and analyze the behavior of slabs produced with this new material. More specifically mechanical properties were determined, such as compressive strength, modulus of elasticity, and splitting and flexural tensile strength, as well as long term deformation properties such as shrinkage and creep. The density was also determined and evaluated its association with the mechanical characteristics, besides the tests of unidirectional slab models produced with this concrete. To analyze the possibility of use of the lightweight concrete with EPS in slabs, tables were compiled for pre-design of unidirectional and bidirectional slabs with this new material, in which these slabs were compared with those of common concrete. Based on the experimental procedure and results of tests, the aim of determine the characteristics necessary to design structural elements of lightweight concrete with EPS has been achieved. Can be also said that the studied concrete, with about half the density of conventional concrete, presents mechanical characteristics compatible with commercial production and use of slabs, mainly precast, conclusion which can be extended to other components that do not require concretes with very high strength. It was also assessed the behavior of slab models of lightweight concrete with polyurethane (PU) in a similar way to the study carried out with EPS, including the characterization of concrete for each model. To complement the performance analysis of the lightweight concrete with EPS a study of carbonation was presented, which proved the excellent condition of this new material with respect to durability.

A utilização de concreto leve decorre especialmente dos benefícios promovidos pela redução da massa específica do material, tais como menores esforços nas estruturas, economia com fôrmas e cimbramento, além de diminuição dos custos com transporte e montagem de construções pré-fabricadas. Atualmente, além das questões técnicas e econômicas, a escolha dos materiais de construção deve levar em conta os aspectos ambientais. Portanto, o uso de poliestireno expandido (EPS) na produção de concreto pode abrir portas para o emprego de resíduos de materiais dessa natureza, e ainda usufruir de sua baixa massa específica nas aplicações estruturais. Este trabalho teve como objetivo determinar as principais características do concreto leve com pérolas (esferas) de EPS, também conhecido como Concreto Ultraleve® ou Concreflex®, características essas necessárias para projetar elementos estruturais, e analisar o comportamento de lajes produzidas com esse novo material. Mais especificamente, foram determinadas características mecânicas, tais como: resistência à compressão, módulo de elasticidade e resistência à tração, na compressão diametral e na flexão, além de características de deformação de longo prazo, como retração e fluência. Também foi determinada a massa específica e avaliada sua relação com as características mecânicas, além dos ensaios de modelos de lajes unidirecionais produzidas com esse concreto. Para analisar a possibilidade de aplicação prática do concreto leve com EPS em lajes, foram elaboradas tabelas para pré-dimensionamento de lajes unidirecionais e bidirecionais com o novo material, nas quais essas lajes foram comparadas com as de concreto comum. Com base no procedimento experimental e nos resultados dos ensaios, o objetivo de determinar as características necessárias para projetar elementos estruturais de Concreto Leve com EPS foi alcançado. Pode-se ainda afirmar que o concreto estudado, com aproximadamente metade da massa específica dos concretos convencionais, apresenta características compatíveis com a produção e o uso comercial de lajes maciças, principalmente pré-moldadas, o que pode ser estendido a outros elementos que não necessitem de concretos com resistência muito alta. Também foi avaliado o comportamento de modelos de lajes de concreto leve com poliuretano (PU), de maneira semelhante ao estudo realizado com EPS, incluindo a caracterização do concreto de cada modelo. Para complementar a análise de desempenho do concreto leve com EPS, apresentou-se um estudo de carbonatação, que comprovou a excelente condição desse novo material com relação à durabilidade. / The use of lightweight concrete is mainly due to the benefits provided by reducing the density of the material such as smaller efforts on structures, economy of molds and scaffolding, as well as lower costs of transportation and erection of precast constructions. Currently, besides the technical and economic issues, the choice of building materials should take into account environmental aspects. Therefore, the use of expanded polystyrene (EPS) in the concrete production can open doors for the use of waste materials of this nature, and still to take advantage of its low density in structural applications. This study aimed to determine the main characteristics of the lightweight concrete with EPS beads (spheres), also named Ultra Lightweight Concrete, characteristics which are necessary to design structural members, and analyze the behavior of slabs produced with this new material. More specifically mechanical properties were determined, such as compressive strength, modulus of elasticity, and splitting and flexural tensile strength, as well as long term deformation properties such as shrinkage and creep. The density was also determined and evaluated its association with the mechanical characteristics, besides the tests of unidirectional slab models produced with this concrete. To analyze the possibility of use of the lightweight concrete with EPS in slabs, tables were compiled for pre-design of unidirectional and bidirectional slabs with this new material, in which these slabs were compared with those of common concrete. Based on the experimental procedure and results of tests, the aim of determine the characteristics necessary to design structural elements of lightweight concrete with EPS has been achieved. Can be also said that the studied concrete, with about half the density of conventional concrete, presents mechanical characteristics compatible with commercial production and use of slabs, mainly precast, conclusion which can be extended to other components that do not require concretes with very high strength. It was also assessed the behavior of slab models of lightweight concrete with polyurethane (PU) in a similar way to the study carried out with EPS, including the characterization of concrete for each model. To complement the performance analysis of the lightweight concrete with EPS a study of carbonation was presented, which proved the excellent condition of this new material with respect to durability.

This doctoral thesis deals with design of three variants of ultra lightweight concrete (ULC) and their mechanical properties. The ULC usually has the dry density of 900-1200 kg/m3 and it is possible to use it for load bearing structures. Low density of ULC is achieved by replacing heavy aggregate for lightweight aggregate. The lightweight aggregate is known under the trade name Liapor in the Czech Republic. To achieve density below 1000 kg/m3, an aeration of the paste has to be done. An exchange of heavy aggregate for lightweight aggregate results in a very fragile behavior of ULC. A great attention is paid to bond strength between concrete and reinforcing steel in the thesis. In addition to the standard test of bond strength testing by pull-out, a modified pull-out test is designed, which includes the effect of minimum reinforcement cover. The mentioned test more precisely simulates a real behaviour of the structure exposed to bending moment. The doctoral thesis tries to point out on different parameters between measured data and the applicable standard for the design of load-bearing structures.