Due to high rates of emissions of carbon dioxide released in cement production, an alternative to minimize this pollution is the use of rice husk ash in concrete as partial cement replacement. This research aims to investigate the technical feasibility, and the mechanical properties of the use of rice husk ash in concrete for structural purposes. Rice husk ash content to 15% by mass replacement of cement CPII-Z and CPIV were used in natural state and ground in a ball mill and compared with the reference concrete, with three water/binder relationships: 0.45; 0.55 and 0.65. Mechanical strength tests by axial compression and diametral compression at ages 28 and 91 days and elasticity modulus at 28 days were performed. The 28 days results indicated axial compression strength, modulus of elasticity and diametrical compression strength below the reference at 91 days and the concrete results with mineral admixtures were similar to the reference concrete. The mixtures containing CPII-Z, presented higher axial compressive strength than CPIV, because the higher cement consumption compared with the CPII-Z with the same w/b relationship. This fact coupled with the presence of high levels of fly ash, classifies cement CPIV with resistance to higher environmental aggressiveness, which represents more durability and useful life. It was found that mixtures containing CCAN reduced axial compressive and diametral strength compared with CCAM, because of the smaller chemical reactivity and bigger particles of CCAN compared with ground rice husk ash. These differences between the mixtures were not relevant, being about 10% and consumption of about 20 kg/m³ in relation to the same w/b compared with mixtures of CCAM for the two cement types. In conclusion, the results of the tests show that there is technical feasibility for the use of natural rice husk ash in structural concrete due to the differences observed with the ground mixtures were negligible. The values obtained in the tests were satisfactory for natural rice husk ash and ground rice husk ash with sligth advantage for the latter compared to first one, because both developed axial compressive and diametral strength and elasticity modulus similar to the reference concretes. These results reveal the greater sustainability to the concrete utilizing agriculture by-products, contributing to reducing the pollutants emissions and the global warming, due to decreased use of clinker in the mixtures. / Devido às altas taxas de emissão de dióxido de carbono liberado na produção do cimento, uma alternativa para minimizar esta poluição é o uso parcial de cinza de casca de arroz no concreto em substituição ao cimento. Esta pesquisa teve o objetivo de investigar a viabilidade técnica, quanto às propriedades mecânicas do emprego de cinza de casca de arroz natural (sem moagem) e moída, em concretos para fins estruturais. Foram utilizadas cinza de casca de arroz com teor de 15% em substituição em massa de cimento CPII-Z e CPIV, nas formas moída em moinho de bolas e natural (sem beneficiamento), e comparadas com o concreto de referência, com três relações água/aglomerante: 0,45; 0,55; e 0,65. Foram executados os ensaios de resistência por compressão axial e compressão diametral nas idades de 28 e 91 dias e módulo de elasticidade aos 28 dias. Os resultados aos 28 dias indicaram resistências axiais, módulo de elasticidade e resistência por compressão diametral inferiores ao de referência; aos 91 dias, os resultados dos concretos com adições minerais foram semelhantes ao concreto de referência. As misturas com cimento CPII-Z apresentaram resistências à compressão axial superiores com CPIV, este com consumo de cimento maior nas relações a/ag do que o anterior. Tal fato, aliado com a presença de altos teores de cinza volante, classifica o cimento CPIV com maior resistência à agressividade ambiental de agentes deletérios como cloretos e carbonatação, o que representa maior durabilidade frente aos agentes agressivos. Também foi constatado que as misturas com CCAN tiveram menores resistências mecânicas comparadas com CCAM, em razão de a CCAN possuir partículas maiores e reatividade química menor do que a cinza moída. Estas diferenças entre os dois tipos de misturas não se revelaram significativas, ficando em aproximadamente 10%, e consumo, em torno de 20 kg/m³ em igualdade de relação a/ag se comparadas com as misturas de CCAM para os dois tipos de cimentos. Como conclusão, os resultados obtidos nos ensaios revelam que existe viabilidade técnica para o emprego de cinza de casca de arroz natural no emprego em concreto estrutural, em razão de as diferenças constatadas com as misturas com CCA moída terem sido pouco significativas. Os valores obtidos nos ensaios foram bastante próximos, tanto para cinza de casca de arroz natural como moída, com vantagem para esta última, pois ambas desenvolveram resistências à compressão axial, módulos de elasticidade e resistências por compressão diametral similares ao concreto de referência. Estes resultados contribuem para conferir maior sustentabilidade ao concreto pelo aproveitamento de subprodutos da agricultura, contribuindo para diminuir a emissão de poluentes na atmosfera e o efeito estufa, devido à diminuição do uso de clínquer nas misturas.

Calcium phosphate cements (CPCs) are used as bone void fillers and as complements to hardware in fracture fixation. The aim of this thesis was to investigate the possibilities and limitations of the CPCs’ mechanical properties, and find out if these ceramic bone cements can carry application-specific loads, alone or as part of a construct. Recently developed experimental brushite and apatite cements were found to have a significantly higher strength in compression, tension and flexion compared to the commercially available CPCs chronOS™ Inject and Norian® SRS®. By using a high-resolution measurement technique the elastic moduli of the CPCs were determined and found to be at least twice as high compared to earlier measurements, and closer to cortical bone than trabecular bone. Using the same method, Poisson's ratio for pure CPCs was determined for the first time. A non-destructive porosity measurement method for wet brushite cements was developed, and subsequently used to study the porosity increase during in vitro degradation. The compressive strength of the experimental brushite cement was still higher than that of trabecular bone after 25 weeks of degradation, showing that the cement can carry high loads over a time span sufficiently long for a fracture to heal. This thesis also presents the first ever fatigue results for acidic CPCs, and confirms the importance of testing the materials under cyclic loading as the cements may fail at stress levels much lower than the material’s quasi-static compressive strength. A decrease in fatigue life was found for brushite cements containing higher amounts of monetite. Increasing porosity and testing in a physiological buffer solution (PBS), rather than air, also decreased the fatigue life. However, the experimental brushite cement had a high probability of surviving loads found in the spine when tested in PBS, which has previously never been accomplished for acidic CPCs. In conclusion, available brushite cements may be able to carry the load alone in scenarios where the cortical shell is intact, the loading is mainly compressive, and the expected maximum stress is below 10 MPa. Under such circumstances this CPC may be the preferred choice over less biocompatible and non-degradable materials.

Esta pesquisa foi baseada em um projeto de Stone Matrix Asphalt - SMA na faixa 0/8S com asfalto CAP 20, feito para a execução de revestimento delgado em trecho experimental na Rodovia Presidente Dutra, ligando São Paulo ao Rio de Janeiro. A ocorrência de alguns defeitos neste trecho experimental motivou o estudo de misturas SMA 0/8S alternativas empregando dois asfaltos convencionais: CAP 20 e CAP 50/60, e dois modificados por polímeros: um com 3,0% de SBS e outro com 6,5% de SBS. Foram realizados ensaios laboratoriais para a verificação da dosagem das misturas asfálticas e determinação de propriedades mecânicas em laboratório por meio de ensaios de deformação permanente em trilha de roda, de resistência à tração por compressão diametral e de módulo de resiliência. Observou-se que o uso de asfalto modificado por polímero e do asfalto convencional CAP 50/60 acarreta uma redução significativa de afundamentos em trilha de roda. O módulo de resiliência a 25°C também apresenta redução de valor nas amostras com asfalto modificado por polímero e com CAP 50/60, em comparação com o convencional CAP 20. A resistência à tração sofre pouca variação quando se comparam os asfaltos empregados, considerando-se ensaios realizados na mesma temperatura. Foram feitos ensaios em campo para a avaliação funcional e de aderência no trecho experimental da Rodovia Presidente Dutra, tendo sido realizados monitoramentos logo após a execução do trecho e decorridos 2 anos e 7 meses de operação. Os resultados demonstraram que o revestimento do trecho experimental apresenta atualmente poucos defeitos de superfície, com fechamento da macrotextura nas trilhas de roda e pequena diminuição do conforto ao rolamento. / This research was based on a Stone Matrix Asphalt SMA in the band 0/8S design made with asphalt binder AC 20, used as a thin wearing course of a test section on the Presidente Dutra Highway, that connects São Paulo to Rio de Janeiro. The occurrence of some distresses in the test section motivated the study of alternative SMA 0/8S mixtures using two conventional asphalt binders: AC 20 and AC 50/60, and two modified by polymer: one with 3.0% of SBS and other with 6.5% of SBS. Laboratory tests were conducted to verify the mix design and to determine their mechanical behavior such as the resistance against rutting, the indirect tensile strength and the resilient modulus. It was observed that the use of SBS polymer modified binders and asphalt binder AC 50/60 causes a significant reduction of rutting. The resilient modulus at 25°C also presents a reduction in the samples with SBS polymer modified binders and AC 50/60 in comparison with AC 20. The indirect tensile strength suffers little variation across the different types of asphalt binders, tested at the same temperature. Field tests related to functional evaluation and skid-resistance of the test section were carried out. The test section was monitored immediately following the construction and after 2 years and 7 months of continuous use. The results showed that the wearing coarse presented a few distresses in the surface, in particular a reduction of the macrotexture at the wheel tracks and a slight worsening of the riding quality.

The development of new technologies in the production of concrete over time is allowing increase its compressive strength, workability and durability. Despite their many advantages, concrete has limitations related to its fragile behavior in the presence of tensile loads. An alternative to solve this problem is the use of fibers in the concrete, getting a composite material that has different characteristics of the original material. Seeking collaborate with the evaluation about the efficiency of different fiber types, this work analyses the behavior of fluid concrete reinforced with steel fibers, subjected to tensile loads, evaluating the influence of shape factor and volumetric fraction. The ability of flow has served as a reference for concrete can be used on parts with high rates of reinforcement, whose compacting is not fully efficient. However, because it is a cementitious matrix, the concentration of tensile strength on these points of high rates of reinforcement, may trigger a harmful process of cracking. Are analyzed in this work the effects of the incorporation of steel fibers in the workability, the incorporated air content, the compressive strength, the tensile strength and modulus of elasticity. Additionally, a comparison is made between the relationship of the compression strength and tensile of the experimental results with the theoretical relationships of the tensile strength found in the literature , and finally, was seek by the mixture rules evaluate whose parameters of the study are more influents on the behavior of the new composite. For this, were used specimens tests cylindrical of dimensions of 10cm x 20cm of fluid concrete with regular resistance, with percentage of steel fiber of 0,4% and 0,8% of the cement mass and shape factors of 33, 50 and 80, for each of the percentage, in tests of tensile by diametrical compression. Obtained results allowed display, from changes in shape factor and volumetric fraction added to fluid cementitious matrix, that fibers with larger shape factor and higher volumetric fraction tend to be more efficient in the tensile strength of fluid composites. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O desenvolvimento de novas tecnologias na produção do concreto ao longo do tempo vem permitindo elevar a sua resistência à compressão, trabalhabilidade e durabilidade. Apesar de suas muitas vantagens, o concreto apresenta limitações relacionadas ao seu comportamento frágil quando na presença de esforços de tração. Uma alternativa para contornar este problema é a utilização de fibras no concreto, obtendo-se assim um material compósito que possui características diferentes do material original. Buscando colaborar na avaliação da eficiência de diferentes tipos de fibras, o presente trabalho analisa o comportamento de concretos fluidos reforçados com fibras de aço, submetidos à tensões de tração, avaliando a influência do fator de forma e da fração volumétrica. A capacidade de fluir tem servido de referência para que o concreto possa ser utilizado em peças com altas taxas de armadura, cujo adensamento não é totalmente eficiente. Entretanto, por se tratar de uma matriz cimentícia, a concentração de tensões de tração nesses pontos de alta taxa de armadura pode desencadear um processo nocivo de fissuração. São analisados no trabalho os efeitos da incorporação de fibras de aço na trabalhabilidade, no teor de ar incorporado, na resistência à compressão, na resistência à tração e no módulo de elasticidade. Adicionalmente, é executada uma comparação entre a relação das resistências à compressão e à tração dos resultados experimentais com a relação teórica da resistência à tração encontrada na literatura, e por fim, buscou-se através da regra das misturas avaliar quais os parâmetros de estudos são mais influentes no comportamento do novo compósito. Para isso, foram utilizados corpos-de-prova cilíndricos de dimensões de 10cm x 20cm de concreto fluido de resistência usual, com teor de fibras de aço de 0,4% e 0,8% da quantidade de cimento em massa e com fatores de forma de 33, 50 e 80, para cada um dos teores, em ensaios de tração por compressão diametral. Os resultados obtidos permitiram visualizar, a partir das modificações no fator de forma e na fração volumétrica adicionadas a matriz cimentícia fluida, que fibras com maior fator de forma e maior fração volumétrica tendem a ser mais eficientes na resistência à tração dos compósitos fluidos.

To develop a project sizing concrete pavement is necessary to know the mechanical properties and the different treatment processes of material to be used. This study aimed to analyze the mechanical properties such as flexural strenght, compressive strength, indirect tensile strength and static modulus of concrete paving. The three types of concrete were studied: An actual reference (typically used in paving, one with the addition of polypropylene fibers (common practice for floors), and a high strength concrete used to rapidly release the traffic. Different methods of curing were applied: chemical cure with and without the use of wet burlap bags (widely applied in pavements) and curing in a moist chamber (as recommended by standard). This evaluation of the mechanical properties for the concrete studied in different curing methods applied, showed that the microstructure of concrete is significantly interfering with the results, especially in cured concrete to track conditions (chemical cure without and with the placement of burlap sacks). Where factors such as the absorption and reabsorption of water evaporation to cement hydration, cracking the interface folder / aggregate, ambient conditions related to temperature and humidity, are interfering with the tensile strength in bending, compressive strength, indirect tensile strength and particularly in the static modulus and still, from the results obtained in this study and those reported by other authors who studied a high-strength concrete, it is possible to verify that there are particularities still unknown about the behavior of high strength concrete. / Para o desenvolvimento de um projeto de dimensionamento de pavimentos de concreto é necessário conhecer as propriedades mecânicas e os diferentes processos de tratamento do material a ser utilizado. Este trabalho teve por objetivo analisar as propriedades mecânicas, tais como, resistência à tração na flexão, resistência à compressão axial, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade estático em concretos para pavimentação. Foram estudados os três tipos de concretos: um concreto referência, (tipicamente empregado em pavimentação, outro com a adição de fibras de polipropileno (prática comum em pavimentos) e um concreto de alta resistência, utilizado para rápida liberação ao tráfego. Diferentes métodos de cura foram aplicados: cura química com e sem a utilização de sacos de aniagem úmidos (largamente aplicados em pavimentos) e cura em câmara úmida (conforme preconizado por norma). A avalição das propriedades mecânicas para os concretos estudados, nos diferentes métodos de cura aplicados, mostrou que a microestrutura dos concretos, está interferindo de forma significativa nos resultados obtidos, principalmente nos concretos curados para condições de pista (cura química sem e com a colocação de sacos de aniagem), onde fatores como a absorção e reabsorção da água de evaporação para hidratação do cimento, a fissuração da interface pasta/agregado, as condições ambientes relacionadas à temperatura e umidade, estejam interferindo na resistência à tração na flexão, resistência à compressão axial, resistência à tração por compressão diametral e principalmente no módulo de elasticidade estático e ainda, a partir dos resultados obtidos na presente pesquisa e daqueles apresentados por outros autores que estudaram um concreto de alta resistência, é possível verificar que existem particularidades ainda desconhecidas sobre o comportamento do concreto de alta resistência.

Esta pesquisa foi baseada em um projeto de Stone Matrix Asphalt - SMA na faixa 0/8S com asfalto CAP 20, feito para a execução de revestimento delgado em trecho experimental na Rodovia Presidente Dutra, ligando São Paulo ao Rio de Janeiro. A ocorrência de alguns defeitos neste trecho experimental motivou o estudo de misturas SMA 0/8S alternativas empregando dois asfaltos convencionais: CAP 20 e CAP 50/60, e dois modificados por polímeros: um com 3,0% de SBS e outro com 6,5% de SBS. Foram realizados ensaios laboratoriais para a verificação da dosagem das misturas asfálticas e determinação de propriedades mecânicas em laboratório por meio de ensaios de deformação permanente em trilha de roda, de resistência à tração por compressão diametral e de módulo de resiliência. Observou-se que o uso de asfalto modificado por polímero e do asfalto convencional CAP 50/60 acarreta uma redução significativa de afundamentos em trilha de roda. O módulo de resiliência a 25°C também apresenta redução de valor nas amostras com asfalto modificado por polímero e com CAP 50/60, em comparação com o convencional CAP 20. A resistência à tração sofre pouca variação quando se comparam os asfaltos empregados, considerando-se ensaios realizados na mesma temperatura. Foram feitos ensaios em campo para a avaliação funcional e de aderência no trecho experimental da Rodovia Presidente Dutra, tendo sido realizados monitoramentos logo após a execução do trecho e decorridos 2 anos e 7 meses de operação. Os resultados demonstraram que o revestimento do trecho experimental apresenta atualmente poucos defeitos de superfície, com fechamento da macrotextura nas trilhas de roda e pequena diminuição do conforto ao rolamento. / This research was based on a Stone Matrix Asphalt SMA in the band 0/8S design made with asphalt binder AC 20, used as a thin wearing course of a test section on the Presidente Dutra Highway, that connects São Paulo to Rio de Janeiro. The occurrence of some distresses in the test section motivated the study of alternative SMA 0/8S mixtures using two conventional asphalt binders: AC 20 and AC 50/60, and two modified by polymer: one with 3.0% of SBS and other with 6.5% of SBS. Laboratory tests were conducted to verify the mix design and to determine their mechanical behavior such as the resistance against rutting, the indirect tensile strength and the resilient modulus. It was observed that the use of SBS polymer modified binders and asphalt binder AC 50/60 causes a significant reduction of rutting. The resilient modulus at 25°C also presents a reduction in the samples with SBS polymer modified binders and AC 50/60 in comparison with AC 20. The indirect tensile strength suffers little variation across the different types of asphalt binders, tested at the same temperature. Field tests related to functional evaluation and skid-resistance of the test section were carried out. The test section was monitored immediately following the construction and after 2 years and 7 months of continuous use. The results showed that the wearing coarse presented a few distresses in the surface, in particular a reduction of the macrotexture at the wheel tracks and a slight worsening of the riding quality.

Este estudo tem como objetivo principal comparar estruturas de pavimentos flexíveis projetadas através dos métodos empírico do DNER e mecanístico, considerando-se alguns materiais de pavimentação utilizados na região de Campo Grande, estado do Mato Grosso do Sul. Como objetivos decorrentes, pode-se destacar a obtenção das características resilientes e de fadiga destes materiais e a proposta de um catálogo simplificado de estruturas de pavimentos para a referida região. Para a efetivação da pesquisa, foram coletados materiais típicos do subleito da região e daqueles mais utilizados na composição de bases e capas dos pavimentos locais. Após as suas caracterizações, realizaram-se ensaios de compactação, CBR, triaxiais cíclicos e compressão diametral estática e dinâmica. As análises mecanísticas foram realizadas utilizando-se o programa computacional FEPAVE, que leva em conta o comportamento elástico não-linear dos materiais, considerando-se o critério de confiabilidade. A partir da análise comparativa dos métodos de dimensionamento, observou-se que, ora as estruturas estabelecidas pelo método mecanístico são idênticas às determinadas pelo método do DNER, ora são mais esbeltas, ora são menos esbeltas, dependendo do tipo de material que constitui as camadas e do nível de confiabilidade adotado. Verificou-se ainda que a caracterização dos materiais através dos ensaios de módulo de resiliência, vida de fadiga e deformação permanente é imprescindível quando se deseja projetar um pavimento empregando-se o método mecanístico. Por fim, elaborou-se um catálogo simplificado de pavimentos flexíveis para a região de Campo Grande – MS, com as intenções de contemplar o uso de materiais locais e auxiliar os engenheiros na concepção de seus projetos / This study has as main objective to compare structures of flexible pavements designed by two different methods, the DNER empirical method and the mechanistic method, being considered some paving materials used in the area of Campo Grande, state of Mato Grosso do Sul. As secondary objectives, it can stand out the obtaining of the mechanical properties of these materials and the proposal of a simplified catalog of flexible pavements for the referred area. For the accomplishment of the research, typical materials of subgrade, base course and surface layer were collected. After their characterizations, tests of compaction, CBR and repeated load were executed. The mechanistic analyses were accomplished being used the software FEPAVE, that takes into account the non-linear resilient modulus of the materials, being considered the reliability criterion. Starting from the comparative analysis of the design methods, it was observed that the structures established by the mechanistic method can be identical, more slender or less slender to the ones obtained by the empirical method, depending on the type of the material that constitutes the layers and the reliability level adopted. It was also verified that the characterization of the materials by repeated load tests (resilient modulus, fatigue’s life and permanent deformation) is indispensable when one want to project a pavement being used the mechanistic method. Finally, a simplified catalog of flexible pavements was elaborated for the area of Campo Grande – MS, with the intentions of to contemplate the use of local materials and to aid the engineers in the conception of their projects

Este estudo tem como objetivo principal comparar estruturas de pavimentos flexíveis projetadas através dos métodos empírico do DNER e mecanístico, considerando-se alguns materiais de pavimentação utilizados na região de Campo Grande, estado do Mato Grosso do Sul. Como objetivos decorrentes, pode-se destacar a obtenção das características resilientes e de fadiga destes materiais e a proposta de um catálogo simplificado de estruturas de pavimentos para a referida região. Para a efetivação da pesquisa, foram coletados materiais típicos do subleito da região e daqueles mais utilizados na composição de bases e capas dos pavimentos locais. Após as suas caracterizações, realizaram-se ensaios de compactação, CBR, triaxiais cíclicos e compressão diametral estática e dinâmica. As análises mecanísticas foram realizadas utilizando-se o programa computacional FEPAVE, que leva em conta o comportamento elástico não-linear dos materiais, considerando-se o critério de confiabilidade. A partir da análise comparativa dos métodos de dimensionamento, observou-se que, ora as estruturas estabelecidas pelo método mecanístico são idênticas às determinadas pelo método do DNER, ora são mais esbeltas, ora são menos esbeltas, dependendo do tipo de material que constitui as camadas e do nível de confiabilidade adotado. Verificou-se ainda que a caracterização dos materiais através dos ensaios de módulo de resiliência, vida de fadiga e deformação permanente é imprescindível quando se deseja projetar um pavimento empregando-se o método mecanístico. Por fim, elaborou-se um catálogo simplificado de pavimentos flexíveis para a região de Campo Grande – MS, com as intenções de contemplar o uso de materiais locais e auxiliar os engenheiros na concepção de seus projetos / This study has as main objective to compare structures of flexible pavements designed by two different methods, the DNER empirical method and the mechanistic method, being considered some paving materials used in the area of Campo Grande, state of Mato Grosso do Sul. As secondary objectives, it can stand out the obtaining of the mechanical properties of these materials and the proposal of a simplified catalog of flexible pavements for the referred area. For the accomplishment of the research, typical materials of subgrade, base course and surface layer were collected. After their characterizations, tests of compaction, CBR and repeated load were executed. The mechanistic analyses were accomplished being used the software FEPAVE, that takes into account the non-linear resilient modulus of the materials, being considered the reliability criterion. Starting from the comparative analysis of the design methods, it was observed that the structures established by the mechanistic method can be identical, more slender or less slender to the ones obtained by the empirical method, depending on the type of the material that constitutes the layers and the reliability level adopted. It was also verified that the characterization of the materials by repeated load tests (resilient modulus, fatigue’s life and permanent deformation) is indispensable when one want to project a pavement being used the mechanistic method. Finally, a simplified catalog of flexible pavements was elaborated for the area of Campo Grande – MS, with the intentions of to contemplate the use of local materials and to aid the engineers in the conception of their projects