Thesis (M.A.)--University of Toronto, 2007. / "PCA R&D Serial No. 3030." (cover)

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Great works of infrastructure such as hydroelectric plants require, in it building, large concrete volumes classified as mass concrete structures. These works of power generation are strategic and fundamental for the development of a nation. However, during construction and throughout its life they may have pathological manifestations that compromise its stability. One of the most common problems in this type of structure is cracking caused by heat generated due to the exothermic reaction of cement hydration. Therefore, we had to analyze the thermal behavior of concrete, concrete with similar consistency and resistance like the concrete utilized in construction dam, and analyze how the type of cement utilized and its contents affects these parameters. In addition, we studied the evolution of compressive strength and dynamic modulus of elasticity as the cement hydrates. Finally, we compared the thermal performance of concretes produced with the results obtained from a commercial software. To carry out the experiment, concrete blocks were produced of 1,5m with cements CP II E 32 RS and CP IV 32 with consumption 241,2 kg/m and 330,0 kg/m for thermal analysis, besides cylindrical specimens for the remaining analyzes. The results showed that the thermal behavior of concrete has a small dependence on the type of cement, however the cement content affects too much this behavior, and the cement CP IV 32 showed higher thermal variations. It was also observed that the development of compressive strength is strongly dependent on the cement content, but it has low dependency on the type of cement. Computer modeling presented satisfactory results when it was compared to results of the thermal evolution blocks. / As grandes obras de infraestrutura como as centrais hidroelÃtricas requerem na sua construÃÃo grandes volumes de concreto, sendo classificadas como estruturas de concreto massa. Essas obras de geraÃÃo de energia sÃo estratÃgicas e fundamentais para o desenvolvimento de uma naÃÃo. Entretanto, durante sua construÃÃo e ao longo de sua vida Ãtil estas podem apresentar manifestaÃÃes patolÃgicas que comprometem sua estabilidade. Um dos problemas mais comuns nesse tipo de estrutura à a fissuraÃÃo causada pela energia tÃrmica gerada devido à reaÃÃo exotÃrmica de hidrataÃÃo do cimento. Diante disso, buscou-se analisar como se dà o comportamento tÃrmico de concretos utilizados para a construÃÃo de corpo de barragem, alÃm de analisar como o tipo de cimento utilizado e o seu teor afetam a variaÃÃo de temperatura da massa de concreto e os problemas causados por essa variaÃÃo. Buscou-se ainda analisar a evoluÃÃo da resistÃncia à compressÃo e do mÃdulo de elasticidade dinÃmico à medida que o cimento se hidratava. Por fim, comparou-se o comportamento tÃrmico dos concretos produzidos com os resultados obtidos por meio de um software comercial. Para a realizaÃÃo da parte experimental produziu-se blocos de concretos de 1,5 metros cÃbicos com cimentos CP II-E 32 RS e CP IV 32 com consumo de 241,2 kg/m e 330,0 kg/m para anÃlise tÃrmica, alÃm da moldagem de corpos de prova cilÃndricos para as demais anÃlises. Os resultados apontaram que o comportamento tÃrmico do concreto apresenta uma pequena dependÃncia do tipo de cimento. Entretanto, o teor de cimento afeta fortemente esse comportamento, sendo o cimento CP IV 32 o que apresentou maiores variaÃÃes tÃrmicas. Observou-se tambÃm que a evoluÃÃo da resistÃncia à compressÃo à fortemente dependente da quantidade de cimento, mas apresenta baixa dependÃncia do tipo de cimento. A modelagem computacional apresentou resultados satisfatÃrios quando comparado aos resultados da evoluÃÃo tÃrmica dos blocos produzidos.

Heat of hydration is a source of problem in mass concrete since it causes the difference between the inner and the outer temperatures increase excessively, which leads thermal cracks. The first step in fighting against this problem is to keep the initial temperature of concrete as low as possible. From this point of view, Preplaced Aggregate Concrete (in short PAC) is quite advantageous, because the friction taking place among the coarse aggregates during the mixing operation causes the initial temperature of concrete increase. However, since coarse aggregates are not subjected to the mixing operation in PAC method, comparatively lower initial temperatures can be achieved. On the other hand, making PAC by the conventional injection method is quite troublesome, since it requires special equipment and experienced workmanship. Because of this, it would be very useful to investigate alternative methods for making PAC. In this research, a new method for making PAC has been investigated. The new method is briefly based on increasing the fluidity of the grout by new generation superplasticizers to such an extent that, it fills all the voids in the preplaced coarse aggregate mass when it is poured over, without requiring any injection. In the scope of the study, twelve concrete cube specimens, each with 1 m volume, have been prepared / one of which as conventional concrete, seven of which as PAC by injection method, and four of which as PAC by the new method mentioned above. In order to examine the specimens that have been prepared by three different methods from thermal properties point of view, the difference between the central and the surface temperatures of the specimens have been followed by the thermocouples located in the specimens during preparation. Also, in order to examine the mechanical properties of the specimens, three core specimens have been taken from each specimen at certain ages, compressive strength and modulus of elasticity tests have been carried out on these core specimens. As a result of the experiments it has been observed that, the PAC specimens prepared by injection method performed better from thermal properties point of view, but worse from mechanical properties point of view than conventional concrete. On the other hand, the PAC specimens prepared by the new method have performed both as well as the other PAC specimens from thermal properties point of view, and as well as conventional concrete from mechanical properties point of view.

O aproveitamento de partículas de pneus inservíveis no concreto tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores, pois se justifica como uma alternativa atraente de disposição desses resíduos ao mesmo tempo em que resulta em modificações das propriedades do concreto que podem ser benéficas para certas aplicações, que requerem características específicas, tais como maior capacidade de deformação e comportamento à fratura menos frágil do que o concreto convencional. Essas características do concreto com borracha de pneu (CBP) podem ser interessantes para a redução do risco de fissuração de concretos submetidos a variações volumétricas, caso típico dos concretos massa. Nesta pesquisa se buscou averiguar como a adição de partículas de pneu afeta as propriedades mecânicas, térmicas e viscoelásticas do concreto massa, com o intuito de verificar se era possível obter um compósito menos suscetível aos riscos de fissuração devido a efeitos térmicos. As dosagens de concreto massa com borracha de pneu estudadas foram analisadas em função do teor, da granulometria e do tratamento superficial aplicado às partículas de borracha de pneu. O programa experimental foi desenvolvido em três etapas. A primeira delas envolveu uma ampla faixa de teores de borracha, sendo realizados ensaios básicos para identificar a eficácia dos tratamentos superficiais em proporcionar uma boa interface borracha/matriz do concreto e o maior teor de substituição das partículas de borracha sem prejuízo das propriedades mecânicas. Nessa etapa foram também selecionadas amostras para análise microestrutural por microscopia eletrônica de varredura, a fim de correlacionar a qualidade da interface borracha/matriz do concreto com as características mecânicas. Na segunda etapa foram selecionados os parâmetros que resultaram em melhor desempenho dentre as variáveis analisadas na primeira etapa e buscouse avaliar o efeito da adição de partículas de pneu nas propriedades referentes à tenacidade e à permeabilidade do concreto. Para o desenvolvimento da terceira etapa do estudo foram selecionadas duas composições mais promissoras dentre aquelas utilizadas na primeira e na segunda etapas, a fim de analisar o efeito da borracha de pneu nas propriedades térmicas, elásticas e viscoelásticas do concreto, bem como o comportamento termomecânico. Adicionalmente, algumas amostras foram submetidas a ensaios com vistas à avaliação de características referentes à durabilidade. Os resultados indicaram que o máximo aproveitamento da borracha de pneu no concreto, sem prejuízo considerável das propriedades mecânicas, ocorre para o teor de 10% de partículas de borracha de 1,5mm e 4,8mm em substituição parcial do volume de areia. Teores mais elevados e partículas de menor dimensão levaram a uma contínua redução das propriedades mecânicas e aumento do teor de ar aprisionado. Não houve diferença significativa de propriedades nem na microestrutura das amostras contendo partículas com e sem tratamento superficial. As análises termomecânicas indicaram que o uso de concretos com borracha de pneu pode ser uma alternativa eficiente para minimizar o risco de fissuras de origem térmica, quando comparados a um concreto convencional. Com base nos resultados obtidos até a idade de 2 anos, verifica-se que o consumo de 29 kg/m3 de borracha de pneu no concreto não prejudica as características de durabilidade do material. / The use of waste tire rubber particles in concrete has been studied by several researchers, because it constitute both an attractive alternative for the final disposition of these residues and offers a possibility to modify certain concrete properties that might contribute for a better performance in certain applications that require specific characteristics, such as increased deformation capacity and more ductile behavior than conventional concrete. These characteristics of rubberized concretes might be interesting because they reduce the risk of cracking when concrete is subjected to volumetric changes, as occurs with mass concretes. In this research, it was studied how the introduction of rubber particles would affect the mechanical, viscoelastic and thermal properties of mass concretes, with the aim to check if it is possible to obtain a composite less susceptible to cracking due to thermal effects. The mixtures were analyzed based on the following features: rubber content, granulometry and surface treatment applied to the tire rubber particles. The experimental program was performed in three stages. The first one involved a wide range of mixtures, with varying rubber contents. At this stage, basic tests were carried out in order to identify how effective surface treatments were in generating a good tire rubber/matrix interface as well as how much high tire rubber contents would impact the mechanical properties of the concrete. Samples were selected for microanalysis through scanning electron microscopy to correlate the quality of the rubber/matrix interface with mechanical characteristics. In the second stage, the mixtures that resulted in the best performance in the first stage were further studied. The effects of the addition of tire rubber particles on the properties related to tenacity and permeability of concrete were evaluated. During the third stage, the best two mixtures used in the first and second stages were selected in order to analyze the effect of the addition of rubber particles in the thermal, elastic and viscoelastic properties of concrete, as well as in the thermo mechanical behavior of structures made with this material. Additionally, some samples were subjected to tests for the assessment of features related to the durability of concrete. The results indicated that the best use of tire rubber on concrete, without reducing the mechanical properties, occurs for a 10% content of rubber particles of 1.5mm and 4.8mm, used in partial replacement of the river sand. Higher contents and smaller particles led to greater reductions of the mechanical properties and an increase in the trapped air content. There was no significant difference either in the microstructure or in the properties of the samples containing particles with and without surface treatment. The thermo mechanical analysis indicated that the use of concrete with tire rubber can be an efficient alternative to minimize the risk of cracking due to thermal effects, compared with a conventional concrete. Based on the results obtained until the age of 2 years, the consumption of 29 kg/m3 of tire rubber on concrete did not seem to affect the durability characteristics of the material.

O aproveitamento de partículas de pneus inservíveis no concreto tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores, pois se justifica como uma alternativa atraente de disposição desses resíduos ao mesmo tempo em que resulta em modificações das propriedades do concreto que podem ser benéficas para certas aplicações, que requerem características específicas, tais como maior capacidade de deformação e comportamento à fratura menos frágil do que o concreto convencional. Essas características do concreto com borracha de pneu (CBP) podem ser interessantes para a redução do risco de fissuração de concretos submetidos a variações volumétricas, caso típico dos concretos massa. Nesta pesquisa se buscou averiguar como a adição de partículas de pneu afeta as propriedades mecânicas, térmicas e viscoelásticas do concreto massa, com o intuito de verificar se era possível obter um compósito menos suscetível aos riscos de fissuração devido a efeitos térmicos. As dosagens de concreto massa com borracha de pneu estudadas foram analisadas em função do teor, da granulometria e do tratamento superficial aplicado às partículas de borracha de pneu. O programa experimental foi desenvolvido em três etapas. A primeira delas envolveu uma ampla faixa de teores de borracha, sendo realizados ensaios básicos para identificar a eficácia dos tratamentos superficiais em proporcionar uma boa interface borracha/matriz do concreto e o maior teor de substituição das partículas de borracha sem prejuízo das propriedades mecânicas. Nessa etapa foram também selecionadas amostras para análise microestrutural por microscopia eletrônica de varredura, a fim de correlacionar a qualidade da interface borracha/matriz do concreto com as características mecânicas. Na segunda etapa foram selecionados os parâmetros que resultaram em melhor desempenho dentre as variáveis analisadas na primeira etapa e buscouse avaliar o efeito da adição de partículas de pneu nas propriedades referentes à tenacidade e à permeabilidade do concreto. Para o desenvolvimento da terceira etapa do estudo foram selecionadas duas composições mais promissoras dentre aquelas utilizadas na primeira e na segunda etapas, a fim de analisar o efeito da borracha de pneu nas propriedades térmicas, elásticas e viscoelásticas do concreto, bem como o comportamento termomecânico. Adicionalmente, algumas amostras foram submetidas a ensaios com vistas à avaliação de características referentes à durabilidade. Os resultados indicaram que o máximo aproveitamento da borracha de pneu no concreto, sem prejuízo considerável das propriedades mecânicas, ocorre para o teor de 10% de partículas de borracha de 1,5mm e 4,8mm em substituição parcial do volume de areia. Teores mais elevados e partículas de menor dimensão levaram a uma contínua redução das propriedades mecânicas e aumento do teor de ar aprisionado. Não houve diferença significativa de propriedades nem na microestrutura das amostras contendo partículas com e sem tratamento superficial. As análises termomecânicas indicaram que o uso de concretos com borracha de pneu pode ser uma alternativa eficiente para minimizar o risco de fissuras de origem térmica, quando comparados a um concreto convencional. Com base nos resultados obtidos até a idade de 2 anos, verifica-se que o consumo de 29 kg/m3 de borracha de pneu no concreto não prejudica as características de durabilidade do material. / The use of waste tire rubber particles in concrete has been studied by several researchers, because it constitute both an attractive alternative for the final disposition of these residues and offers a possibility to modify certain concrete properties that might contribute for a better performance in certain applications that require specific characteristics, such as increased deformation capacity and more ductile behavior than conventional concrete. These characteristics of rubberized concretes might be interesting because they reduce the risk of cracking when concrete is subjected to volumetric changes, as occurs with mass concretes. In this research, it was studied how the introduction of rubber particles would affect the mechanical, viscoelastic and thermal properties of mass concretes, with the aim to check if it is possible to obtain a composite less susceptible to cracking due to thermal effects. The mixtures were analyzed based on the following features: rubber content, granulometry and surface treatment applied to the tire rubber particles. The experimental program was performed in three stages. The first one involved a wide range of mixtures, with varying rubber contents. At this stage, basic tests were carried out in order to identify how effective surface treatments were in generating a good tire rubber/matrix interface as well as how much high tire rubber contents would impact the mechanical properties of the concrete. Samples were selected for microanalysis through scanning electron microscopy to correlate the quality of the rubber/matrix interface with mechanical characteristics. In the second stage, the mixtures that resulted in the best performance in the first stage were further studied. The effects of the addition of tire rubber particles on the properties related to tenacity and permeability of concrete were evaluated. During the third stage, the best two mixtures used in the first and second stages were selected in order to analyze the effect of the addition of rubber particles in the thermal, elastic and viscoelastic properties of concrete, as well as in the thermo mechanical behavior of structures made with this material. Additionally, some samples were subjected to tests for the assessment of features related to the durability of concrete. The results indicated that the best use of tire rubber on concrete, without reducing the mechanical properties, occurs for a 10% content of rubber particles of 1.5mm and 4.8mm, used in partial replacement of the river sand. Higher contents and smaller particles led to greater reductions of the mechanical properties and an increase in the trapped air content. There was no significant difference either in the microstructure or in the properties of the samples containing particles with and without surface treatment. The thermo mechanical analysis indicated that the use of concrete with tire rubber can be an efficient alternative to minimize the risk of cracking due to thermal effects, compared with a conventional concrete. Based on the results obtained until the age of 2 years, the consumption of 29 kg/m3 of tire rubber on concrete did not seem to affect the durability characteristics of the material.

O aproveitamento de partículas de pneus inservíveis no concreto tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores, pois se justifica como uma alternativa atraente de disposição desses resíduos ao mesmo tempo em que resulta em modificações das propriedades do concreto que podem ser benéficas para certas aplicações, que requerem características específicas, tais como maior capacidade de deformação e comportamento à fratura menos frágil do que o concreto convencional. Essas características do concreto com borracha de pneu (CBP) podem ser interessantes para a redução do risco de fissuração de concretos submetidos a variações volumétricas, caso típico dos concretos massa. Nesta pesquisa se buscou averiguar como a adição de partículas de pneu afeta as propriedades mecânicas, térmicas e viscoelásticas do concreto massa, com o intuito de verificar se era possível obter um compósito menos suscetível aos riscos de fissuração devido a efeitos térmicos. As dosagens de concreto massa com borracha de pneu estudadas foram analisadas em função do teor, da granulometria e do tratamento superficial aplicado às partículas de borracha de pneu. O programa experimental foi desenvolvido em três etapas. A primeira delas envolveu uma ampla faixa de teores de borracha, sendo realizados ensaios básicos para identificar a eficácia dos tratamentos superficiais em proporcionar uma boa interface borracha/matriz do concreto e o maior teor de substituição das partículas de borracha sem prejuízo das propriedades mecânicas. Nessa etapa foram também selecionadas amostras para análise microestrutural por microscopia eletrônica de varredura, a fim de correlacionar a qualidade da interface borracha/matriz do concreto com as características mecânicas. Na segunda etapa foram selecionados os parâmetros que resultaram em melhor desempenho dentre as variáveis analisadas na primeira etapa e buscouse avaliar o efeito da adição de partículas de pneu nas propriedades referentes à tenacidade e à permeabilidade do concreto. Para o desenvolvimento da terceira etapa do estudo foram selecionadas duas composições mais promissoras dentre aquelas utilizadas na primeira e na segunda etapas, a fim de analisar o efeito da borracha de pneu nas propriedades térmicas, elásticas e viscoelásticas do concreto, bem como o comportamento termomecânico. Adicionalmente, algumas amostras foram submetidas a ensaios com vistas à avaliação de características referentes à durabilidade. Os resultados indicaram que o máximo aproveitamento da borracha de pneu no concreto, sem prejuízo considerável das propriedades mecânicas, ocorre para o teor de 10% de partículas de borracha de 1,5mm e 4,8mm em substituição parcial do volume de areia. Teores mais elevados e partículas de menor dimensão levaram a uma contínua redução das propriedades mecânicas e aumento do teor de ar aprisionado. Não houve diferença significativa de propriedades nem na microestrutura das amostras contendo partículas com e sem tratamento superficial. As análises termomecânicas indicaram que o uso de concretos com borracha de pneu pode ser uma alternativa eficiente para minimizar o risco de fissuras de origem térmica, quando comparados a um concreto convencional. Com base nos resultados obtidos até a idade de 2 anos, verifica-se que o consumo de 29 kg/m3 de borracha de pneu no concreto não prejudica as características de durabilidade do material. / The use of waste tire rubber particles in concrete has been studied by several researchers, because it constitute both an attractive alternative for the final disposition of these residues and offers a possibility to modify certain concrete properties that might contribute for a better performance in certain applications that require specific characteristics, such as increased deformation capacity and more ductile behavior than conventional concrete. These characteristics of rubberized concretes might be interesting because they reduce the risk of cracking when concrete is subjected to volumetric changes, as occurs with mass concretes. In this research, it was studied how the introduction of rubber particles would affect the mechanical, viscoelastic and thermal properties of mass concretes, with the aim to check if it is possible to obtain a composite less susceptible to cracking due to thermal effects. The mixtures were analyzed based on the following features: rubber content, granulometry and surface treatment applied to the tire rubber particles. The experimental program was performed in three stages. The first one involved a wide range of mixtures, with varying rubber contents. At this stage, basic tests were carried out in order to identify how effective surface treatments were in generating a good tire rubber/matrix interface as well as how much high tire rubber contents would impact the mechanical properties of the concrete. Samples were selected for microanalysis through scanning electron microscopy to correlate the quality of the rubber/matrix interface with mechanical characteristics. In the second stage, the mixtures that resulted in the best performance in the first stage were further studied. The effects of the addition of tire rubber particles on the properties related to tenacity and permeability of concrete were evaluated. During the third stage, the best two mixtures used in the first and second stages were selected in order to analyze the effect of the addition of rubber particles in the thermal, elastic and viscoelastic properties of concrete, as well as in the thermo mechanical behavior of structures made with this material. Additionally, some samples were subjected to tests for the assessment of features related to the durability of concrete. The results indicated that the best use of tire rubber on concrete, without reducing the mechanical properties, occurs for a 10% content of rubber particles of 1.5mm and 4.8mm, used in partial replacement of the river sand. Higher contents and smaller particles led to greater reductions of the mechanical properties and an increase in the trapped air content. There was no significant difference either in the microstructure or in the properties of the samples containing particles with and without surface treatment. The thermo mechanical analysis indicated that the use of concrete with tire rubber can be an efficient alternative to minimize the risk of cracking due to thermal effects, compared with a conventional concrete. Based on the results obtained until the age of 2 years, the consumption of 29 kg/m3 of tire rubber on concrete did not seem to affect the durability characteristics of the material.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-13T11:59:28Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Patrícia Guedes Gambale - 2017.pdf: 11002358 bytes, checksum: 0a8a575fbc0c16340994402f2059944c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-13T12:00:08Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Patrícia Guedes Gambale - 2017.pdf: 11002358 bytes, checksum: 0a8a575fbc0c16340994402f2059944c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-13T12:00:08Z (GMT). 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This study proposes the monitoring of prototypes of concrete blocks developed in the laboratory and foundation block in the field, with the use of thermocouples comparing with numerical methods of finite elements aiming to improve the prediction of cracks and to develop techniques so that they are avoided. This study will analyze the influence of the type and consumption of cement in the emergence of tensions arising from the energy released during its hydration. As results, a relation of the type interference and cement consumption is presented through the monitoring and analysis of the foundation block prototypes developed in the research, the development of a simplified unidirectional model of temperature and voltage prediction due to the heat of hydration for to evaluate the maximum temperature reached and the potential of cracking in the concrete mass and the comparison between the temperature results obtained in the Ansys program, which uses three- dimensional modeling and, as a way of validating the predictive model of thermal behavior as a reliable tool of analysis, the study also presents a field monitoring of a foundation block of a construction located in Goiânia and later application of the forecast model and the Ansys program. It was found, therefore, that the cement type has a considerable influence on the compressive strength and the adiabatic elevation, the latter being less significant. As for the cement consumption analysis, there was a notable increase in temperature in the concrete with higher consumption, causing cracks in the analyzed structure. By means of the results presented by the Ansys program, the monitoring of the prototypes and block in the field and the proposed forecast model, the validation of this model was confirmed as a good predictive tool of thermal behavior, highlighting some limiting conditions that surround it. / O avanço das tecnologias do concreto e dos métodos de cálculo estrutural possibilita, nos dias atuais, edifícios cada vez mais desafiadores, principalmente do ponto de vista das fundações. Blocos de fundações de grandes volumes, definidos como concreto massa, carecem de atenção quanto às fissuras advindas do processo exotérmico de hidratação do concreto, estapreocupação atualmente é bastante difundida na construção de barragens e que vem ganhando espaço na construção civil urbana. Este trabalho propõe o monitoramento de protótipos de blocos de concreto desenvolvidos em laboratório e bloco de fundação em campo, com o uso de termopares comparando com métodos numéricos de elementos finitos objetivando aprimorar a previsão de fissuras e desenvolver técnicas para que estas sejam evitadas. O trabalho analisará a influência do tipo e consumo de cimento na liberação de calor e no surgimento de tensões advindas da energia liberada durante sua hidratação. Como resultados, são apresentados uma relação da interferência dos tipos e consumo de cimento por meio do monitoramento e análise dos protótipos de blocos de fundação desenvolvidos na pesquisa, o desenvolvimento de um modelo simplificado unidirecional de previsão de temperatura e tensão devido ao calor de hidratação para avaliar a temperatura máxima atingida e o potencial de fissuração no concreto massa e a comparação entre os resultados de temperatura obtidos no programa Ansys, que utiliza modelagem tridimensional e, como forma de validar o modelo preditivo do comportamento térmico como ferramenta confiável de análise, o trabalho também apresenta um monitoramento em campo de um bloco de fundação de uma obra localizada Goiânia e posterior aplicação do modelo de previsão e do programa Ansys. Verificou-se, assim, que o tipo de cimento influencia de maneira considerável na resistência à compressão e na elevação adiabática, sendo a última menos significativa. Quanto a análise de consumo de cimento, verificou-se um aumento notável de temperatura no concreto com maior consumo, ocasionando fissuras na estrutura analisada. Por meio dos resultados apresentados pelo programa Ansys, o monitoramento dos protótipos e bloco em campo e o modelo de previsão proposto, confirmou-se a validação do referido modelo como boa ferramenta pretidiva de comportamento térmico, ressaltando algumas condições limitantes que o cercam.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:05:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1- Capa.pdf: 18716 bytes, checksum: 1dddf42a26f2caa98fb2c3c97cb02a55 (MD5) Previous issue date: 2004-04-06 / O estudo realizado nesta dissertação é motivado principalmente pelo interesse em se avaliar a resposta térmica e tensional em estruturas de concreto massa nas primeiras idades considerando a viscoeleasticidade linear do material. Neste trabalho desenvolvem-se modelos numérico-computacionais e implementam-se os softwares PFEM_2DT e PFEM_2DAT, de análise térmica e de tensões no domínio bidimensional, respectivamente. Inicialmente, foi realizada uma revisão bibliográfica do problema termomecânico considerando os mecanismos e modelos físicos para a representação do mesmo, utilizando-se de ferramentas matemáticas e artifícios numéricos para a resolução do problema. Foram pesquisados ainda os parâmetros influentes na análise de temperaturas e de tensões no concreto massa, destacando-se as propriedades viscoelásticas de fluência e retração onde de forma resumida, porém esclarecedora, foram descritos seus principais conceitos, causas e efeitos bem como alguns dos principais modelos de representação dessas deformações diferidas. Por meio desses estudos teóricos e das conseqüentes implementações computacionais, foram analisadas diferentes estruturas de concreto através dos programas computacionais desenvolvidos e, posteriormente, realizadas comparações com resultados experimentais e numéricos obtidos por outros pesquisadores objetivando validar os aplicativos. Na elaboração deste software fez-se uso do novo paradigma de programação Programação Orientada a Objetos, associado à resolução de sistemas de equações lineares pelo Método dos Gradientes Conjugados. Analisou-se o comportamento das temperaturas de diferentes estruturas sujeitas ao calor interno gerado no concreto sob a influência das condições ambientais, que permitem que esse calor seja dissipado, gerando como conseqüência, distribuições de temperatura não-lineares no interior da estrutura. Nos estudos tensionais das estruturas de concreto massa analisadas nesta dissertação pôde-se avaliar a evolução das tensões de origem térmica considerando o material viscoelástico linear, comparando-as com a resistência à tração do material. Por fim, efetuaram-se estudos comparativos de tensões em um bloco de concreto massa utilizando os modelos elástico e viscoelástico linear, avaliando o nível de importância e o grau de magnitude da consideração dos efeitos diferidos associados quando da análise do comportamento termomecânico de estruturas maciças de concreto em fase de construção. / The study accomplished in this dissertation is motivated mainly by the interest in evaluating the temperature and stress field in mass concrete structures at first ages considering material s linear viscoeleasticity. The development and implementation of numeric-computational models are also scope of this work by means the softwares PFEM_2DT and PFEM_2DAT, of thermal stress analysis in the two-dimensional domain. Initially at first step, the bibliographic revision of the thermomechanical problem was accomplished considering physical mechanisms and models for its representation, using mathematical tools and numeric artifices for the resolution of the problem. The influential parameters in the analysis of temperatures and stresses in the mass concrete were also researched, standing out to the creep and shrinkage rheological properties, where in a summarized and elucidated way, its main concepts, causes and effects were described, as well as some of the main representation models of those differed deformations. Considering theoretical studies and the consequent computer implementations, different concrete structures were analyzed through the developed softwares, and compared with experimental and numeric results obtained by other researchers with the objective of validating the applications. In the elaboration of this software was made use of the new programming paradigm Object-Oriented Programming, associated to the resolution of linear systems equations for the Method of the Conjugated Gradients. The temperature field s behavior of different structures subject to the internal heat into the concrete was analyzed, under the influence of the environmental conditions, that allows the heat to be dissipated, generating as consequence, non- linear temperature distributions inside the structure. The termomechanic problems studied in mass concrete structures were analyzed in this dissertation, where the thermal stresses behaviour could be evaluated considering the linear viscoelasticity properties of the material, comparing them with the tensile strength of the material. Finally, comparative studies of the stresses in a mass concrete block were executed using elastic models and linear viscoelasticity, evaluating the importance and magnitude levels of the associated differed effects in the termomechanic behavior analysis of solid concrete structures in a construction stage.

The heat development that occurs due to the hydration of cement is important to consider during casting of massive concrete structures. By using computer programs that are based on finite element methods (FEM), simulations can be performed on the heat- and strength development. In this project, a FE program called ConTeSt has been used in order to predict the temperature- and strain development in a massive concrete wall. If the potential risks in a concrete structure are evaluated before casting, economical savings, including a better casting plan could be obtained. The structure under investigation was a concrete wall behind one of the spillways in the hydro power dam of Storfinnforsen. Due to a re-construction of the wall, an opportunity occurred to develop a measurement plan of the casting and perform simulations on the wall. A sensitivity analysis was performed in order to investigate the effects on the temperature- and strain development, by varying the cement content, ambient temperature, wind speed and degree of restraint in translation. The results showed, that a higher cement content increased the rate of hydration and hence the temperature in the concrete. Higher wind speeds contributed to more cooling of the concrete which, in some cases, resulted in cracking due to contraction of the material. Cracking due to contraction also occurred when the ambient temperature was decreased. The ambient temperature did not have a significant impact on the rate of hydration, but instead the impact was larger from the initial temperature of the fresh concrete. A higher initial temperature of the fresh concrete increased the rate of hydration, which increased the temperature in the material. The degree of restraint could only be varied in translation in ConTeSt and hence the effect on the strain development was not that significant. A crack risk analysis was performed where the developed tensile stresses were compared with the tensile strength of the concrete. The same factors were varied as in the sensitivity analysis. The results showed that the tensile strength was exceeded for most of the cases and thus that the crack risk was high. The required equipment, in order to perform the measurements on site, consisted of 7 strain gauges of the module KM-100B from TML Tokyo Sokki Kenkyujo, 2 data loggers of the module Spider-8 from HBM, at least a 25 m ø9 mm 5-core shielded cable and a computer with the software Catman Easy. / Värmeutvecklingen som uppstår på grund av hydratationen av cement är viktig att beakta vid gjutning av massiva betongkonstruktioner. Detta brukar göras genom simuleringar av värmeutvecklingen och hållfasthetstillväxten med hjälp av olika finita element (FE) program. I detta projekt har programmet ConTeSt använts för att på förhand kunna förutse temperatur - och töjningsutvecklingen i en massiv betongvägg. I och med detta kan bl.a. gjutningen planeras bättre samtidigt som ekonomiska besparingar kan åstadkommas om eventuella risker kan kartläggas innan gjutningen påbörjas. En ledmur bakom ett av utskoven i Storfinnforsens kraftverk undersöktes närmare i samband med en ombyggnad. Möjligheten uppstod att planera en mätning av gjutningen av ledmuren samt att utföra simuleringar av väggen i ConTeSt. En känslighetsanalys utfördes för att undersöka effekterna på temperatur- och töjningsutvecklingen genom att variera cementhalten, omgivningstemperaturen, vindhastigheten och graden av tvång i förskjutningen i längdriktningen av väggen. Resultaten visade att högre cementhalter ökade graden av hydratation vilket ökade temperaturen i betongen. Högre vindhastigheter bidrog till snabbare kylning av betongen vilket i vissa fall lett till sprickor på grund av kontraktion av materialet. Sprickor till följd av kontraktion uppstod även då omgivningstemperaturen sänktes. Omgivningstemperaturen hade ingen större påverkan på hydratationen, utan istället var det temperaturen av den färska betongmassan som visade större påverkan. Högre temperatur av den färska betongmassan ökade graden av hydratation vilket ökade temperaturen i betongen. Graden av tvång kunde i ConTeSt endast varieras i förskjutningen i längdriktningen av väggen vilket inte hade någon större effekt på töjningsutvecklingen. En sprickrisk analys utfördes där den utvecklade dragspänningen jämfördes med draghållfastheten. Analysen utfördes genom att variera samma faktorer som varierades i känslighetsanalysen. Resultaten visade att draghållfastheten överskreds i de flesta fall och att därmed sprickrisken var hög. För att genomföra mätningen blev slutsatsen att det behövs 7 st töjningsgivare av modell KM-100B från TML Tokyo Sokki Kenkyujo, 2 st data logger av typ Spider8 från HBM samt minst en 25 m ø9 mm skärmad 5-kärnkabel, inklusive en dator med programvaran Catman Easy.