Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2008. / Vita. Includes bibliographical references.

A novel way to ensure stability of mortarless structures – topological interlocking – is examined. In this type of interlocking the overall shape and arrangement of the building blocks are chosen in such a way that the movement of each block is prevented by its neighbours. (The methodological roots of topological interlocking can be found in two ancient structures: the arch and the dry stone wall.) The topological interlocking proper is achieved by two types of blocks: simple convex forms such as the Platonic solids (tetrahedron, cube, octahedron, dodecahedron and icosahedron) that allow plate-like assemblies and specially engineered shapes of the block surfaces that also allow assembling corners. An important example of the latter – so-called Osteomorphic block – is the main object of this research with some insight being provided by numerical modelling of plates assembled from tetrahedra and cubes in the interlocking position. The main structural feature of the interlocking assemblies is the need of the peripheral constraint (for the Osteomorphic blocks this requirement can be relaxed to uni-directional constraint) to keep their integrity. We studied the least visible constraint structure – internal pre-stressed cables which run through pre-fabricated holes in Osteomorphic blocks. It is shown that the pre-stressed steel cables can provide the necessary constraint force without creating appreciable residual stresses in the cables, however the points of connection of the cables are the weakest points and need special treatment. The main mechanical feature of the interlocking structures is the absence of block bonding. As a result, the blocks have a certain freedom of translational and rotational movement (within the kinematic constraints of the assembly) and their contacts have reduced shear stresses which hampers fracture propagation from one block to another. These features pre-determine the specific ways the interlocking assemblies behave under mechanical and dynamic impacts. These were studied in this project and the following results are reported. As the blocks in the interlocking structure are not connected, the main issue is the bearing capacity. The study of the least favourable, central point loading in the direction normal to the structure shows elevated large-scale fracture toughness (resistance to fracture propagation). However when the central force imposes considerable bending the generated tensile membrane stresses assist fracturing of the loaded block. Prevention of bending considerably enhances the strength therefore the most efficient application of the interlocking structures would be in protective coatings and covers. Furthermore, proper selection of the material properties and the interface friction can increase the system overall strength and bearing capacity. The results of the computer simulations suggest that both Young’s modulus and the friction coefficient are the key parameters whose increase improves the bearing capacity of topologically interlocking assemblies.

Neste trabalho apresenta-se um estudo de caracterizaÃÃo de blocos cerÃmicos estruturais. A finalidade principal à estudar aspectos da microestrutura desses blocos, determinantes no processo de usa ruptura à compressÃo. SÃo utilizados 18 blocos cerÃmicos estruturais, submetidos à compressÃo atà a ruptura. Para a caracterizaÃÃo da microestrutura, retiram-se amostras de blocos especÃficos de acordo com os resultados obtidos nos ensaios de resistÃncia à compressÃo. A observaÃÃo da microestrutura à realizada com a utilizaÃÃo de microscopia Ãtica e de microscopia eletrÃnica de varredura. SÃo tambÃm realizadas anÃlises de composiÃÃo quÃmica atravÃs de EDS âenergy dispersion spectrometryâ. Com a anÃlise dos resultados identifica-se a existÃncia de relaÃÃes fundamentais entre formato e disposiÃÃo dos poros presentes na microestrutura dos blocos e o processo de ruptura à compressÃo. Com base nestas relaÃÃes, propÃe-se um esquema teÃrico para o mecanismo de ruptura dos blocos cerÃmicos estruturais. TambÃm à apresentado um estudo quantitativo da microestrutura (metalografia) dos blocos cerÃmicos estruturais. Adicionalmente sÃo confeccionados prisnas ( dois blocos unidos por uma junta de argamassa) e prismas contrafiados ( formados por um bloco e meio na base e com trÃs fiadas de altura, unidos por juntas verticais e horizontais) com trÃs diferentes traÃos de argamassa. Determina-se para os prismas e para os prismas contrafiados a resistÃncia à compressÃo. SÃo, entÃo, propostas equaÃÃes relacionadas as propriedades medidas para cada um dos elementos ( prismas e prismas contrafiados) estudados. / This paper presents a study of structural characterization of ceramic blocks. The main purpose is to study aspects of the microstructure of these blocks, in the process of determining uses compression rupture. 18 blocks are used structural ceramics subjected to compression up to failure. To characterize the microstructure, withdraw samples of particular blocks in accordance with the results of the tests of resistance to compression. The observation of the microstructure is performed using optical microscopy and scanning electron microscopy. They are also chemical composition analysis using EDS "energy dispersion spectrometry." By analyzing the results identified the existence of relationships between fundamental shape and arrangement of pores present in the microstructure of the blocks and the process of compression rupture. Based on these relationships, it is proposed a conceptual framework for the mechanism of breaking the ceramic block structure. It also presents a quantitative study of the microstructure (metallography) of structural ceramic blocks. Additionally prisnas are made (two blocks joined by a mortar) and contrafiados prisms (formed by a block and a half at the base and with three rows of height, connected by vertical and horizontal joints) with three different traces of mortar. Is determined for the prisms and the prisms contrafiados the compressive strength. Are then proposed equations relating the measured properties for each element (contrafiados prisms and prisms) studied.

Diante da iminente escassez de recursos naturais disponíveis e dos problemas ambientais decorrentes das inadequadas deposições irregulares de resíduos nos centros urbanos, o presente trabalho busca analisar as características físicas de blocos e agregados de resíduos de construção e demolição RCD proveniente da indústria da construção e demolição do município de Petrolina-PE. A construção civil como qualquer outro setor produtivo é gerador de resíduos devido aos desperdícios e à demolição após o uso ou catástrofes. Uma das aplicações para o resíduo é como agregado alternativo, em substituição total ou parcial ao natural, usados para a produção de blocos. O emprego desses resíduos como agregados para argamassas e concretos não estruturais tem bastantes estudos difundidos na literatura brasileira e no mundo inteiro. Neste trabalho, é analisada a viabilidade na confecção de blocos com uso de agregados miúdos reciclados para uso em alvenaria de vedação e o desempenho do mesmo diante de blocos com agregados naturais, confeccionados no município de Petrolina-PE, utilizando-se um traço padrão 1:6 (cimento: agregado miúdo). Os resultados indicaram que a substituição de 25; 50; 75; e 100% da areia natural por agregados miúdos reciclados não afeta significativamente as propriedades mecânicas dos blocos, cujos valores de resistência chegaram a 3,67 MPa, 2,63 MPa, 2,44 MPa e 2,03 MPa respectivamente . Por outro lado, essa substituição apresenta elevada porosidade, requerendo estudos mais aprofundados com o intuito de minimizar esse efeito para que se possa obter uma maior durabilidade das edificações construídas com essa composição / Given the imminent shortage of available natural resources and environmental problems arising from inadequate irregular deposition of waste in urban centers, this paper seeks to analyze the physical characteristics of blocks and aggregates, construction waste and demolition RCD from industry of construction and demolition of municipality of Petrolina-PE. The construction as any other productive sector is to produce waste due to waste and the demolition after use or disasters. One application for the residue is added as an alternative to replace all or part of natural, used for the production of blocks. The use of waste as aggregates for mortar and concrete do not have enough structural studies disseminated in the Brazilian and worldwide. In this work, we analyzed the feasibility of making the blocks with the use of recycled fine aggregate for use in masonry sealing and performance in the face of blocks with natural aggregates, manufactured in the municipality of Petrolina, using a dash pattern 1: 6 (cement: aggregate kid). The results indicated that replacing 25; 50; 75; and 100% of natural sand by recycled fine aggregate did not significantly affect the mechanical properties of blocks, whose resistance values reached 3,67 MPa, 2,63 MPa, 2,44 MPa e 2,03 MPa respectively. On the other hand, such replacement presents high porosity, requiring more detailed studies in order to minimize this effect for which to obtain greater durability of buildings constructed with that composition

A preocupação em preservar os recursos naturais, em reduzir os desperdícios nos canteiros de obras e minimizar custtos na construção civil tem despertado iinteresse de vários pesquisadores para uma ampla discussão sobre o controle do uso adequado das matérias-primas para geração dos materiais empregados na produção dos edifícios, bem como, dos resíduos gerados pelos elevados índices de perdas nas construções. Melhorar a produtividade e a qualidade é um fator de suma importânciia para a sobrevivência das empresas ligadas ao ramo da construção civil no atual ambientte competitivo. O objetivo desta pesquisa é identificar as perdas envolvidas na produção dos blocos cerâmicos e de seu uso nas várias etapas do processo construtivo de obras em Recife,, visando apontar possibilidades de minimização do problema. Para atingir o objjetivo, foram selecionadas duas iindústtriias cerâmicas e três empresas construtoras para comporem o estudo de caso. Os dados foram coletados através de uma planilha e de um Check List durante as visitas realizadas junto às indústrias e empresas construtoras. As etapas analisadas nas indústrias dizem respeito à queima e expedição. Em relação às construtoras foram analisadas as etapas de recebimento, armazenamento, transporte e aplicação. Através da pesquisa verificou-se que as indústrias cerâmicas ainda possuem forte componente cultural, onde a mão-de-obra empregada uttiliza conhecimentos compartilhados a partir das experiências individuais, possuem tímidas iniciativas para a melhoria do processo produtivo, bem como das condições de trabalho e capacitação da sua mão-de-obra,, utilizando, ainda, práticas rudimentares na fabricação de produtos cerâmicos. Neste contexto, através do método de estudo de caso, para as obras pesquisadas, verificou-se que dependendo do nível de gerenciamento e planejamento e dos investimentos tecnológicos, há uma tendência de redução das perdas de materiais. Todavia, não se pode afirmar que uma obra certificada terá, necessariamente, redução de erros e desperdícios, uma vez que o objetivo primeiro é padroniizar requisitos técnicos em seus empreendimentos de modo a aumentar a satisfação do cliente

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No Nordeste do Brasil, podem-se encontrar milhares de construções em alvenaria de quatro andares feitas com blocos cerâmicos de vedação com finalidade estrutural em construções residenciais multifamiliares de alvenaria, e, nos últimos anos, algumas ruíram causando mortes. Depois destes acidentes, várias restrições foram impostas para o uso desta técnica construtiva e hoje não se pode utilizar este tipo de bloco em paredes estruturais em vários estados do Nordeste do Brasil. Por outro lado, há um grande número de construções existentes que demandam trabalhos de recuperação para garantir adequadas condições de segurança aos habitantes. A presente dissertação resultou de um programa experimental de ensaios em prismas de dois e três blocos cerâmicos de vedação com e sem a adição de revestimento de argamassa resistente, totalizando 195 prismas. Adicionalmente, foi também considerada a ligação entre as capas de revestimento de argamassa reforçada através da instalação de conectores de aço. Os prismas foram submetidos a carregamento compressivo e todos eles tiveram o controle de deformação em cada face com um deflectômetro. Os ensaios foram realizados em máquinas servo-controladas de forma que se obteve informações a cerca do comportamento dos prismas. Os resultados obtidos foram comparados com uma pesquisa anterior realizada nas mesmas condições de carga com a utilização dos mesmos blocos e argamassas de revestimento realizadas em paredinhas. Os resultados indicam um incremento tanto na capacidade de carga compressiva dos prismas com revestimento quanto nos que utilizam revestimentos à base de argamassa armada, não obedecendo às especificações de argamassa armada estrutural convencional. As relações de carga de prismas/paredinha e prismas de dois blocos/prismas de três blocos foram satisfatórias / In Brazil, one can find thousands of four storey masonry buildings made with clay units. Some of these building collapsed causing human deaths. After these accidents, several restrictions were imposed for the use of this building technique and now one can not use non-structural bricks in such buildings. Moreover, there are a large number of existing buildings that demand retrofit works to ensure adequate security to the owners. The present work resulted from an experimental program that studied the behavior of prisms made with two and three clay bricks with and without the addition of reinforced mortar. Additionally, it was also considered the link between the layers of the reinforced mortar through the installation of steel connectors. The prisms were subjected to compressive loading and their strains were measured on each side of the specimen using a displacement measure device. The tests were performed in a servo-controlled machine in order to obtain information about the behavior of the prisms before and after the peak load. The results were compared with a previous study in the same load conditions using the same bricks and mortar in small walls specimens which showed a good correlation

Made available in DSpace on 2017-06-01T17:57:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_paulo_freire.pdf: 3436971 bytes, checksum: 56c8861002f06d7d05db3190c021fe2d (MD5) Previous issue date: 2010-04-29 / Given the imminent shortage of available natural resources and environmental problems arising from inadequate irregular deposition of waste in urban centers, this paper seeks to analyze the physical characteristics of blocks and aggregates, construction waste and demolition RCD from industry of construction and demolition of municipality of Petrolina-PE. The construction as any other productive sector is to produce waste due to waste and the demolition after use or disasters. One application for the residue is added as an alternative to replace all or part of natural, used for the production of blocks. The use of waste as aggregates for mortar and concrete do not have enough structural studies disseminated in the Brazilian and worldwide. In this work, we analyzed the feasibility of making the blocks with the use of recycled fine aggregate for use in masonry sealing and performance in the face of blocks with natural aggregates, manufactured in the municipality of Petrolina, using a dash pattern 1: 6 (cement: aggregate kid). The results indicated that replacing 25; 50; 75; and 100% of natural sand by recycled fine aggregate did not significantly affect the mechanical properties of blocks, whose resistance values reached 3,67 MPa, 2,63 MPa, 2,44 MPa e 2,03 MPa respectively. On the other hand, such replacement presents high porosity, requiring more detailed studies in order to minimize this effect for which to obtain greater durability of buildings constructed with that composition / Diante da iminente escassez de recursos naturais disponíveis e dos problemas ambientais decorrentes das inadequadas deposições irregulares de resíduos nos centros urbanos, o presente trabalho busca analisar as características físicas de blocos e agregados de resíduos de construção e demolição RCD proveniente da indústria da construção e demolição do município de Petrolina-PE. A construção civil como qualquer outro setor produtivo é gerador de resíduos devido aos desperdícios e à demolição após o uso ou catástrofes. Uma das aplicações para o resíduo é como agregado alternativo, em substituição total ou parcial ao natural, usados para a produção de blocos. O emprego desses resíduos como agregados para argamassas e concretos não estruturais tem bastantes estudos difundidos na literatura brasileira e no mundo inteiro. Neste trabalho, é analisada a viabilidade na confecção de blocos com uso de agregados miúdos reciclados para uso em alvenaria de vedação e o desempenho do mesmo diante de blocos com agregados naturais, confeccionados no município de Petrolina-PE, utilizando-se um traço padrão 1:6 (cimento: agregado miúdo). Os resultados indicaram que a substituição de 25; 50; 75; e 100% da areia natural por agregados miúdos reciclados não afeta significativamente as propriedades mecânicas dos blocos, cujos valores de resistência chegaram a 3,67 MPa, 2,63 MPa, 2,44 MPa e 2,03 MPa respectivamente . Por outro lado, essa substituição apresenta elevada porosidade, requerendo estudos mais aprofundados com o intuito de minimizar esse efeito para que se possa obter uma maior durabilidade das edificações construídas com essa composição

Made available in DSpace on 2017-06-01T17:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_antonio_augusto.pdf: 1736392 bytes, checksum: d0a593485519f7c6a73b360d48dd1794 (MD5) Previous issue date: 2010-10-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In Brazil, one can find thousands of four storey masonry buildings made with clay units. Some of these building collapsed causing human deaths. After these accidents, several restrictions were imposed for the use of this building technique and now one can not use non-structural bricks in such buildings. Moreover, there are a large number of existing buildings that demand retrofit works to ensure adequate security to the owners. The present work resulted from an experimental program that studied the behavior of prisms made with two and three clay bricks with and without the addition of reinforced mortar. Additionally, it was also considered the link between the layers of the reinforced mortar through the installation of steel connectors. The prisms were subjected to compressive loading and their strains were measured on each side of the specimen using a displacement measure device. The tests were performed in a servo-controlled machine in order to obtain information about the behavior of the prisms before and after the peak load. The results were compared with a previous study in the same load conditions using the same bricks and mortar in small walls specimens which showed a good correlation / No Nordeste do Brasil, podem-se encontrar milhares de construções em alvenaria de quatro andares feitas com blocos cerâmicos de vedação com finalidade estrutural em construções residenciais multifamiliares de alvenaria, e, nos últimos anos, algumas ruíram causando mortes. Depois destes acidentes, várias restrições foram impostas para o uso desta técnica construtiva e hoje não se pode utilizar este tipo de bloco em paredes estruturais em vários estados do Nordeste do Brasil. Por outro lado, há um grande número de construções existentes que demandam trabalhos de recuperação para garantir adequadas condições de segurança aos habitantes. A presente dissertação resultou de um programa experimental de ensaios em prismas de dois e três blocos cerâmicos de vedação com e sem a adição de revestimento de argamassa resistente, totalizando 195 prismas. Adicionalmente, foi também considerada a ligação entre as capas de revestimento de argamassa reforçada através da instalação de conectores de aço. Os prismas foram submetidos a carregamento compressivo e todos eles tiveram o controle de deformação em cada face com um deflectômetro. Os ensaios foram realizados em máquinas servo-controladas de forma que se obteve informações a cerca do comportamento dos prismas. Os resultados obtidos foram comparados com uma pesquisa anterior realizada nas mesmas condições de carga com a utilização dos mesmos blocos e argamassas de revestimento realizadas em paredinhas. Os resultados indicam um incremento tanto na capacidade de carga compressiva dos prismas com revestimento quanto nos que utilizam revestimentos à base de argamassa armada, não obedecendo às especificações de argamassa armada estrutural convencional. As relações de carga de prismas/paredinha e prismas de dois blocos/prismas de três blocos foram satisfatórias

A reação álcali-agregado afeta a durabilidade e a resistência mecânica das estruturas de concreto, provocando trincas nos elementos estruturais. Apesar das manifestações patológicas provocadas, não se pode afirmar que, embora a reação seja lenta, o estado limite de ruptura não possa ser atingido. A ocorrência desse fenômeno em blocos de fundação é raramente descrita na literatura. Recentemente foi identificada em fundações de edifícios na Região Metropolitana do Recife, constituindo um problema que vem chamando a atenção da comunidade técnica e do setor produtivo da construção civil. Os blocos de coroamento afetados pela RAA devem sofrer intervenções com técnicas de recuperação adequadas a cada situação. Dentro desse enfoque, este trabalho apresenta os resultados do acompanhamento dos serviços de injeção de microcimento em fissuras nos blocos de uma obra em processo de recuperação. Apresenta ainda a proposta de reforço para as peças de infra-estrutura afetadas pela reação expansiva. Foram realizadas extrações de testemunhos, limpeza e fechamento superficial das fissuras com uma mistura de epóxi e caulim, aplicação do microcimento no interior das trincas e extração de testemunhos após a injeção para verificação da efetividade do preenchimento das fissuras com o material injetado. Os resultados poderão fornecer importantes subsídios para reparo de blocos de coroamento danificados pela ação da RAA. / The alkali-aggregate reaction affects the durability and the mechanical resistance of the concrete structures, provoking cracks in the structural elements. Despite of these pathological manifestations, it cannot affirm that, even so the reaction is slow, the ultimate limit state cannot be reached. The occurrence of this phenomenon on blocks foundation is rarely described in literature. Recently was identified in foundations of buildings in the Metropolitan of Recife Region, constituting a problem that comes calling the attention of the community technique and the productive sector of civil construction. The pile caps affected by the AAR must suffer interventions with adequate techniques of recovery to each situation. Inside of that focus, this work presents the results of the attendance of the services of microcement injection in cracks in the blocks of a building in recovery process. It still presents the reinforcement proposal for the pieces of infrastructure affected by expansible reaction. To go accomplished extractions of specimens, cleaning and superficial closing of the cracks with an epoxy mixture and kaolin, application of the microcement inside the cracks and extraction of specimens after the injection for verification of the effectiveness of the fulfillment of the cracks with the injected material. The results can supply important subsidies for repair pile caps damaged for the action of AAR

As primeiras obras de engenharia que se tem notícia que foram afetadas pela Reação Álcali-Agregado foram pontes e pavimentos no estado da Califórnia, EUA, nos anos de 1920 a 1930. Este diagnóstico foi proposto por Stanton, T.E., em 1940. A partir daí, vários estudos foram apresentados, dando suporte a essa hipótese. De 1940 até 2008 vários outros países, inclusive o Brasil, diagnosticaram casos de RAA em diversas obras de Engenharia, principalmente em barragens. No Recife, Pernambuco, a partir do ano 2000, várias ocorrências foram diagnosticadas como RAA em blocos de fundação. Inicialmente foram observadas em bases de torres de refrigeração de uma indústria e, posteriormente, nos blocos de fundação da Ponte do Pina. No ano de 2004, houve a ruptura do Edifício Areia Branca, de 12 andares, com 27 anos de idade, na vizinha cidade de Jaboatão, por problemas de falha construtivas nas fundações. Este fato trouxe grande preocupação aos moradores de vários edifícios da região, que passaram a solicitar vistorias técnicas nas fundações dos mesmos. Em cerca de 30 prédios, onde foram observados blocos fissurados, as causas foram atribuídas à RAA. Tendo em vista a falta de registro de casos semelhantes na literatura técnica internacional e que a modelagem teórica do problema ainda não está resolvida satisfatoriamente, tem-se contado com soluções intuitivas dos engenheiros estruturais. Neste trabalho mostram-se quatro exemplos de obras no Recife afetadas pela RAA, detalhando as fases de detecção, diagnóstico, estudos e pesquisas, que resultaram no projeto de soluções para recuperação estrutural dos blocos de fundação, contando com procedimentos que constam, de forma geral, de limpeza e preenchimento das trincas, reforço com armadura suplementar e encamisamento dos blocos. Ao final, chama-se a atenção para a necessidade de evoluir nas análises estruturais dos blocos de fundação, para comprovar se a ação da RAA é a única responsável pelo quadro fissuratório observado nas fundações pesquisadas na Região Metropolitana do Recife, ou se há, porventura, outras patologias associadas