Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2017-10-17T12:52:51Z No. of bitstreams: 1 Hinoel Zamis Ehrenbring_.pdf: 8050494 bytes, checksum: 6538a92632a1aa3f9d35c647159bef3f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-17T12:52:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hinoel Zamis Ehrenbring_.pdf: 8050494 bytes, checksum: 6538a92632a1aa3f9d35c647159bef3f (MD5) Previous issue date: 2017-08-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / itt Performance - Instituto Tecnológico em Desempenho da Construção Civil / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Concretos com tecnologia avançada tornam-se cada vez mais comuns na indústria da construção civil. O desenvolvimento de produtos minerais e químicos fomenta a geração desses compósitos, possibilitando a inserção de insumos com desempenhos mecânicos melhorados. Todavia, mesmo com inúmeras vantagens, os novos concretos ainda se encontram suscetíveis à incidência de fissuras causadas pela retração. Sendo uma característica inerente às matrizes cimentícias, a retração, quando restringida, pode gerar manifestações patológicas, que prejudiquem a durabilidade da estrutura. Estudos vêm sendo realizados com enfoque na mitigação dessas anomalias, utilizando reforços primários e secundários dentro da matriz cimentícia. Como alternativa, utilizando as fibras como reforços é possível garantir alterações nos comportamentos mecânicos da mistura, a exemplo da resistência à tração, fator de tenacidade, capacidade de deformação e controle de fissuração. Com isso, nessa pesquisa foram empregadas, de maneira isolada e híbrida, microfibras poliméricas em uma matriz cimentícia. As microfibras eram constituídas por polipropileno (PP), álcool polivinílico (PVA) e recicladas de poliéster (POL). Para tanto, avaliou-se o fenômeno da retração por secagem dos compósitos por meio do ensaio de anel restringido, resistência à compressão axial, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade e tenacidade. Conjuntamente, investigou-se a microestrutura dos compósitos, utilizando o ensaio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de identificar a zona de interface entre o reforço e a matriz cimentícia, assim como a integridade física do reforço no concreto. Os compósitos com microfibras apresentaram maior retração por secagem, quando comparados à matriz referência, chegando a deformações superiores a 50 μm/m. Todas as misturas atingiram alto potencial de fissuração, sendo as amostras contendo microfibras de PP e PVA, as quais obtiveram a formação da fissura mais tardiamente (14 dias). Com relação à resistência à compressão axial e tração na flexão, a inserção de microfibras poliméricas promoveu a redução dos valores em relação à matriz referência. Todavia, o uso de microfibras de PVA não promoveu a queda de resistência à tração na flexão da matriz. Já o fator de tenacidade das misturas com fibras foi superior em relação ao concreto referência, ampliando em até 38 vezes os resultados. Verificou-se que a zona de interface formada pelas microfibras de PVA foi menor, quando comparada às demais opções, o que comprovou os bons resultados proporcionados pelo reforço. Também foi possível observar que as microfibras recicladas de poliéster foram agredidas em meio alcalino, diferentemente das demais. / Concretes with advanced technology become increasingly common in the construction industry. The development of mineral and chemical products encourages the generation of these composites, allowing the insertion of inputs with improved mechanical performances. However, even with numerous advantages, the new concretes are still susceptible to the incidence of cracks caused by shrinkage. As an inherent characteristic of cementitious matrices, shrinkage, when restricted, can impair the quality of the structure and, as a result, generate pathological manifestations. Studies have been carried out focusing on the mitigation of these anomalies, using primary and secondary reinforcements within the cementitious matrix. As an alternative, the fibrous reinforcements guarantee changes in the mechanical behavior of the mixture, such as tensile strength, tenacity factor, deformation capacity and cracking control. Thus, in this research, isolated and hybrid polymer microfibers were used in a reference cementitious matrix. The filaments consisted of polypropylene (PP), polyvinyl alcohol (PVA) and recycled polyester microfibers (POL). For this, the phenomenon of the drying shrinkage of the composites was evaluated by means of the restricted ring test, axial compression strength, flexural tensile strength, modulus of elasticity and toughness. The microstructure of the composites was investigated using the scanning electron microscopy (SEM), in order to identify the interface zone between the reinforcement and the cementitious matrix, as well as the physical integrity of the reinforcement in the concrete. The composites with microfibers presented greater drying shrinkage, when compared to the reference matrix, reaching deformations of more than 50 μm/m. All the blends reached a high cracking potential, with the samples containing PP and PVA microfibers which obtained cracking formation later (14 days). With respect to the compressive strength, the insertion of polymer microfibers significantly decreased the values in relation to the reference matrix. The toughness factor of the bundled mixtures was superior in relation to the reference concrete, increasing up to 38 times the results. On the other hand, the tensile strength in the flexion decreased values with the use of the filamentary reinforcements, except for the mixture with PVA microfibres. It was verified that the interface zone formed by the PVA microfibers was smaller, when compared to the other options, which proved the good results provided by the reinforcement. It was also possible to observe that recycled polyester microfibers were attacked in alkaline solution, unlike the others.

A reação álcali-agregado (RAA) é uma reação química complexa envolvendo os álcalis presentes no cimento Portland e minerais silicosos presentes em alguns tipos de agregados reativos. O produto dessa reação expande quando em contato com a água, causando fissuração e deformação, o que afeta a durabilidade e importantes propriedades mecânicas das estruturas de concreto. Entretanto, estruturas que estejam sob tensão de compressão, aplicada por carregamentos ou induzida pela presença de armadura, apresentam expansão reduzida na direção comprimida. Uma das ferramentas que se utiliza para a previsão da vida útil de estruturas afetadas pela RAA é a modelagem numérica da expansão do concreto, possibilitando a previsão e projeto de reparos necessários. Nesse contexto, modelos paramétricos combinam os principais fatores que influenciam a reação (reatividade dos constituintes, porosidade, temperatura, umidade e estado de tensões), possibilitando a determinação da distribuição e da taxa de expansão na estrutura. Nessa pesquisa foi desenvolvido um modelo paramétrico cujo principal interesse foi o estudo das tensões induzidas pela presença de fibras e armadura na expansão do concreto afetado pela RAA. O modelo implementado em elementos finitos tem como parâmetros nodais as posições, uma formulação alternativa ao método dos elementos finitos baseado em deslocamentos; a medida de deformação utilizada é a de Green e a lei constitutiva dos materiais é a de Saint-Venant-Kirchhoff. O material composto é discretizado por meio de uma matriz elástica bi-dimensional reforçado por fibras lineares perfeitamente aderidas à matriz. Comparações entre os resultados obtidos por meio do modelo desenvolvido e resultados de trabalhos experimentais comprovam a aplicabilidade e potencialidade do modelo numérico apresentado. / The alkali-aggregate reaction (AAR) is a complex chemical reaction involving alkalis present in the Portland cement paste and siliceous minerals present in some types of reactive aggregates. The product of this reaction expands in contact with water, causing cracking and deformation that affects durability and important mechanical properties of the concrete structures. However, structures under compressive stress, applied or induced by the presence of rebars, the expansion is reduced in the compressed direction. One of the tools used to predict the service life of structures affected by AAR is the numerical modeling of the concrete expansion, allowing prevision and projecting repairs needed. In this context, parametric models combine the main factors that influence the reaction (reactivity of the constituents, porosity, temperature, humidity and stress state), enabling the determination of distribution and rate of expansion in the structure. In this research was developed a parametric model whose main interest was the study of stresses induced by the presence of fibers and rebars in the expansion of concrete affected by AAR. The model implemented in finite element has as nodal parameters positions, an alternative formulation to the finite element method based on displacement; the deformation measurement used is Green and the material constitutive law is the Saint-Venant-Kirchhoff. The composite material is discretized by a two-dimensional elastic matrix reinforced by perfectly adherent linear fibers. Comparisons between the results obtained from the developed model and results of experimental studies demonstrate the applicability and potential of the numerical model presented.

A reação álcali-agregado (RAA) é uma reação química complexa envolvendo os álcalis presentes no cimento Portland e minerais silicosos presentes em alguns tipos de agregados reativos. O produto dessa reação expande quando em contato com a água, causando fissuração e deformação, o que afeta a durabilidade e importantes propriedades mecânicas das estruturas de concreto. Entretanto, estruturas que estejam sob tensão de compressão, aplicada por carregamentos ou induzida pela presença de armadura, apresentam expansão reduzida na direção comprimida. Uma das ferramentas que se utiliza para a previsão da vida útil de estruturas afetadas pela RAA é a modelagem numérica da expansão do concreto, possibilitando a previsão e projeto de reparos necessários. Nesse contexto, modelos paramétricos combinam os principais fatores que influenciam a reação (reatividade dos constituintes, porosidade, temperatura, umidade e estado de tensões), possibilitando a determinação da distribuição e da taxa de expansão na estrutura. Nessa pesquisa foi desenvolvido um modelo paramétrico cujo principal interesse foi o estudo das tensões induzidas pela presença de fibras e armadura na expansão do concreto afetado pela RAA. O modelo implementado em elementos finitos tem como parâmetros nodais as posições, uma formulação alternativa ao método dos elementos finitos baseado em deslocamentos; a medida de deformação utilizada é a de Green e a lei constitutiva dos materiais é a de Saint-Venant-Kirchhoff. O material composto é discretizado por meio de uma matriz elástica bi-dimensional reforçado por fibras lineares perfeitamente aderidas à matriz. Comparações entre os resultados obtidos por meio do modelo desenvolvido e resultados de trabalhos experimentais comprovam a aplicabilidade e potencialidade do modelo numérico apresentado. / The alkali-aggregate reaction (AAR) is a complex chemical reaction involving alkalis present in the Portland cement paste and siliceous minerals present in some types of reactive aggregates. The product of this reaction expands in contact with water, causing cracking and deformation that affects durability and important mechanical properties of the concrete structures. However, structures under compressive stress, applied or induced by the presence of rebars, the expansion is reduced in the compressed direction. One of the tools used to predict the service life of structures affected by AAR is the numerical modeling of the concrete expansion, allowing prevision and projecting repairs needed. In this context, parametric models combine the main factors that influence the reaction (reactivity of the constituents, porosity, temperature, humidity and stress state), enabling the determination of distribution and rate of expansion in the structure. In this research was developed a parametric model whose main interest was the study of stresses induced by the presence of fibers and rebars in the expansion of concrete affected by AAR. The model implemented in finite element has as nodal parameters positions, an alternative formulation to the finite element method based on displacement; the deformation measurement used is Green and the material constitutive law is the Saint-Venant-Kirchhoff. The composite material is discretized by a two-dimensional elastic matrix reinforced by perfectly adherent linear fibers. Comparisons between the results obtained from the developed model and results of experimental studies demonstrate the applicability and potential of the numerical model presented.