Student Number : 0218148W - MSc Dissertation - School of Civil Engineering - Faculty of Engineering and the Built Environment / Self-compacting concrete (SCC) is becoming a popular form of concrete usage in a range of applications throughout the world. This investigation considers the development of the technology and use of SCC. Importantly, the investigation aims to highlight the opportunities for using SCC in South Africa. A mixture design model is proposed and has been found to work well using local materials. The advantage of this model is the simplicity and the adaptability to any aggregate type. This method should be more acceptable to SCC producers who do not have special facilities and testing equipment An overview concerning concrete rheology is included to explain the mechanisms used to describe the flow and deformation of both the concrete and mortar mixtures. Included is a comparison between concrete, mortar and paste rheology. The Tattersall Two Point Tester was used to measure the shear resistance at two shear deformation rates. From the test results it was found that SCC can be made using South African materials and that it is possible to design a mixture with a lower cementitious content. The results from the Tattersall Two Point Tester gave additional information about the flowability of SCC.

Subsea pipelines are used extensively throughout the world’s oceans to transport oil and gas from offshore facilities to land, often hundreds of miles. These pipelines range in diameter from three to sixty inches and are installed in deeper depths every year, currently as deep as 2,900 meters. Pipeline construction and installation costs are a large percentage of offshore projects and thus, methods toward reducing costs is an imperative objective. With pipeline installation projects taking place in harsher environments, vessel operability is vital. This work presents an improved method for determining limiting criteria for pipelay operations to more effectively plan and execute offshore projects. This improvement is based on the consideration of total effective pipeline stresses as the limiting criterion rather than the traditionally used limiting pitch angle. Limiting sea curves based on a sample dynamic pipeline analysis are shown and their incorporation in workability planning is discussed.

Do ponto de vista reológico, o concreto fresco flui como um líquido. Sendo assim, o seu comportamento no estado fresco deve ser estudado a partir dos conceitos da reologia, ciência voltada para o estudo das deformações e escoamento de um fluido sob a influência de tensões. As estruturas bem planejadas, dependendo do processo adotado para sua confecção, são executadas em tempo muito pequeno após a mistura dos materiais que irão constituir os concretos. Assim, a trabalhabilidade do concreto é um parâmetro importante a ser estudado, tanto por facilitar o lançamento do material quanto pelas decisões relacionadas com a forma desse lançamento. Tradicionalmente, a trabalhabilidade do concreto está associada à sua consistência, expressa em termos de abatimento obtido no ensaio de tronco de cone, que, apesar de ser um método de ensaio bastante utilizado, não a quantifica totalmente. Isto porque o concreto se comporta como um fluido binghamiano, sendo, então, caracterizado por dois parâmetros reológicos: a tensão de escoamento e a viscosidade plástica. Assim, o presente trabalho determina alguns parâmetros de medida, a partir de conceitos reológicos, para a verificação do comportamento de alguns tipos de concreto de alto desempenho no estado fresco, com adição de sílica ativa. Para isso, foram usados tanto os métodos de ensaios tradicionais - ensaio de abatimento de tronco de cone e consistômetro de Ve-Be - quanto equipamentos mais modernos - reômetro. Uma modificação do ensaio de abatimento tradicional também foi usada como uma tentativa de simplificar a determinação dos parâmetros reológicos que caracterizam o comportamento dos concretos frescos. A capacidade dos concretos escoarem sob influência do seu peso próprio foi avaliada através do ensaio da caixa L. A identificação da natureza reológica dos concretos foi feita com o auxílio de um reômetro. A trabalhabilidade dos concretos foi avaliada a partir dos métodos de ensaio que medem os dois parâmetros reológicos e sua perda ao longo do tempo foi associada à evolução dos parâmetros medidos. Apesar de terem sido classificadas como misturas fluidas, nenhum concreto apresentou escoamento suficiente que o caracterizasse como um material auto-adensável, porém apresentou bom escoamento sob a energia de um vibrador. A natureza reológica dos concretos foi identificada como sendo realmente semelhante a um fluido binghamiano. A trabalhabilidade, bem como sua perda ao longo do tempo, foram associadas à evolução dos parâmetros reológicos: observou-se um aumento da tensão de escoamento (ou torque de escoamento), enquanto a viscosidade plástica (ou viscosidade de torque) permaneceu praticamente constante durante os 60 minutos em que o comportamento foi acompanhado. Conclui-se que para a trabalhabilidade dos CAD, há inúmeros outros fatores importantes a serem considerados no prosseguimento da pesquisa, os quais deverão levar em conta parâmetros associados à produção, ao transporte e ao lançamento do material. / From the rheological point of view, the fresh concrete flows as a liquid. In such case, its fresh behavior should be studied from the concepts of rheology, the science which concerns the study of deformation and flow of a fluid under stress influence. The well designed structures, depending on the process considered in their production, are performed in a very short time after the mixture of the materials that will constitute the concretes. Thus, the concrete workability is an important parameter to be studied, even for facilitating the material placement and for the decisions related with the method of this process. Traditionally, the concrete workability is associated to its consistency, expressed in terms of the slump value measured by the slump test that, in spite of being a quite used test, does not quantify it totally. It happens because the concrete behaves as a Bingham fluid, being described by two rheological parameters: the yield stress and the plastic viscosity. Thus, the present research determines some measure parameters from rheological concepts to verify the behavior of some types of fresh high performance concrete (with silica fume addition). For this, both traditional test methods - slump test and Vebe consistometer - and more recent equipments - rheometer - were used. A modification of the traditional slump test was also used as an attempt to simplify the determination of the rheological parameters that describe the fresh concretes behaviors. The capacity of the concretes flow under the influence of their own weight was evaluated by the L-box test. The identification of the concretes rheological behavior was made with a rheometer. The concretes workability was evaluated from test methods that measure the two rheological parameters and its loss over time was associated to the evolution of the measured parameters. In spite of being classified as fluid mixtures, none of the concretes presented enough flow to describe it as a self-compacting material; however they presented a good flow under vibration energy. The concrete rheological behavior was identified as being similar to a Bingham fluid. The workability, as its loss over time, was associated to the evolution of the rheological parameters: an increase of the yield stress (or flow resistance) was observed, while the plastic viscosity (or torque viscosity) stayed practically constant during the 60 minutes in which the behavior was followed. It is concluded that for the high performance concretes workability, there are other several important factors to be considered in the research pursuit, which should consider the parameters associated to the material\'s production, transport and placement.

The objective of this thesis is to examine the difference in workability in fresh concrete, when crushed fine aggregate replaces natural gravel. The shape of the fine aggregate,  packing and flow of six crushed material and three natural materials will be determined by easy studies, the results will be compared with a slump cone test.

<p> </p><p>The objective of this thesis is to examine the difference in workability in fresh concrete, when crushed fine aggregate replaces natural gravel. The shape of the fine aggregate,  packing and flow of six crushed material and three natural materials will be determined by easy studies, the results will be compared with a slump cone test.</p>

Manufactured fine aggregates are a product created when rocks are crushed using a mechanical crusher. With the depletion of sources of natural sands, the usage of manufactured fine aggregates has increased. Manufactured fine aggregates have properties that differ from natural sands; for this reason, the plastic and hardened properties of concrete produced using manufactured fine aggregates differ from the properties of concrete made with natural sands. The main concrete properties affected by the usage of manufactured fine aggregates are skid resistance, workability, and finishability. The aim of this research project was to investigate how manufactured fine aggregates could be used in concrete pavements without causing workability or skid related issues. To improve the workability of concrete made with manufactured fine aggregates, the use of the optimized mixture proportioning method developed by the International Center for Aggregate Research (ICAR) was investigated. Results obtained from this testing were used to make recommendations on how the ICAR method for pavement concrete could be improved The goal of this research was to also develop laboratory tests that could reasonably predict skid performance of concrete pavements made with different types of sand. For this purpose concrete slabs made with different sands were evaluated for friction and texture using a circular texture meter (CTM), a dynamic friction tester (DFT), and a polisher. To ensure that the values obtained at the laboratory related to field performance, test sections constructed with 100% limestone sand and blended sands were evaluated. Laboratory and field test results for skid were used to identify aggregate tests that best correlates with concrete performance. Results show that the micro-Deval test for fine aggregates could be used to predict the polish resistance of concrete laboratory specimen. Results from field testing has shown that if limestone fine aggregates are not blended with siliceous sands, PCC pavements made with limestone sands on truck lanes could experience a large drop in skid resistance within a year of service. Results obtained from laboratory testing showed that blending a small quantity of siliceous sand with limestone sands considerably increased the skid resistance of concrete specimens. / text

O presente trabalho tem como objetivo fundamental realizar um estudo comparativo de cinco métodos de dosagem de concretos de cimento Portland, alguns deles, de grande divulgação e uso no Brasil. Os cinco métodos estudados, designados como ABCP/ACI, EPUSP/IPT, INT/Lobo Carneiro, ITERS/Petrucci e SNCF/Vallette, são apresentados inicialmente através dos seus respectivos fluxogramas de atividades. Posteriormente, cada um dos métodos é apresentado, em detalhe, através de um breve histórico e da consideração das variáveis e parâmetros envolvidos em cada uma das etapas, que estruturam seu desenvolvimento. Para a realização do estudo comparativo são discutidas, do ponto de vista macroscópico, as principais características e propriedades do concreto, no estado fresco e endurecido, focalizando-se a atenção nos aspectos ligados à trabalhabilidade e às formas de avaliá-la. A resistência à compressão é adotada como a principal, e mais representativa propriedade do concreto endurecido. O trabalho de comparação é objetivado através da definição e da adoção de parâmetros e variáveis, cujos valores são quantificados e tabelados para cada um dos métodos.O trabalho experimental está direcionado com o objetivo de entender o funcionamento dos métodos e verificar suas respostas, a partir da utilização dos mesmos materiais componentes. Nesta situação, comprova-se que, embora existam diferenças significativas entre os consumos de cimento dos concretos obtidos, todos os procedimentos de dosagem são aptos para fornecer misturas com consistências prefixadas e com trabalhabilidade adequada às necessidades de lançamento e adensamento por métodos convencionais. As misturas procuradas, com relações água/cimento prefixadas entre 0,45 e 0,75, atingiram valores de resistência compreendidos entre 20 e 45 MPa, na idade de 28 dias. A obtenção, pelos diferentes métodos, de traços com similares características de trabalhabilidade e resistência, leva à procura e ao estabelecimento de critérios e aspectos alternativos, alguns de avaliação subjetiva, que possibilitam a comparação e a seleção de métodos de dosagem. Os critérios e aspectos de comparação sugeridos podem ser instrumentos úteis quando se trata de selecionar, dentre vários métodos, com as mesmas potencialidades de resposta, aqueles mais adaptados a realidades e/ou necessidades específicas de aplicação. / The present work has the main purpose of comparing five mix-proportioning methods of Portland cement concrete, some of them, with great divulgation and intensive use in Brazil. The five methods studied, known as ABCP/ACI, EPUSP/IPT, INT/Lobo Carneiro, ITERS/ Petrucci e SNCF/Vallette, are initially introduced through a flow chart of activities. Afterwards, each method is fully described, including a brief history of its origins and considering the parameters and variables involved in each stage of the whole process. In order to develop the comparative study between methods, a discussion about the most important macroscopic characteristics and properties of fresh and hardened concrete, is established. Special attention is given to certain aspects related to workability and to the procedures for its measurement. The compressive strength is adopted as the main and most representative property of hardened concrete. The comparative work is objectified through the definition and the adoption of variables and parameters, whose values, are quantified for each method and organized in tables. The experimental work is managed with the goal of understanding the working principles of each method and to test the quality of its solutions, considering the same materials. As a result of the experimental work it’s possible to conclude that, notwithstanding significant differences related to concrete cement content, all the proportioning procedures tested, are able to achieve mixtures, with prefixed consistency and workability suitable for placing and compacting through customary procedures. The mixtures obtained, with water/cement ratio prefixed between 0,45 and 0,75, reached resistance values between 20 and 45 MPa, at the age of 28 days. The attainment, trough different methods, of mix proportions, with similar characteristics, in terms of workability and resistance, leads to the establishment of criterions and alternative aspects, some of them of subjective assessment, useful to compare and to select mix-proportioning methods. The criterions and aspects suggested could be useful tools when it’s necessary to choose, from a group, a certain method, considering it’s adaptability to specific necessities and/or situations.

O presente trabalho tem como objetivo fundamental realizar um estudo comparativo de cinco métodos de dosagem de concretos de cimento Portland, alguns deles, de grande divulgação e uso no Brasil. Os cinco métodos estudados, designados como ABCP/ACI, EPUSP/IPT, INT/Lobo Carneiro, ITERS/Petrucci e SNCF/Vallette, são apresentados inicialmente através dos seus respectivos fluxogramas de atividades. Posteriormente, cada um dos métodos é apresentado, em detalhe, através de um breve histórico e da consideração das variáveis e parâmetros envolvidos em cada uma das etapas, que estruturam seu desenvolvimento. Para a realização do estudo comparativo são discutidas, do ponto de vista macroscópico, as principais características e propriedades do concreto, no estado fresco e endurecido, focalizando-se a atenção nos aspectos ligados à trabalhabilidade e às formas de avaliá-la. A resistência à compressão é adotada como a principal, e mais representativa propriedade do concreto endurecido. O trabalho de comparação é objetivado através da definição e da adoção de parâmetros e variáveis, cujos valores são quantificados e tabelados para cada um dos métodos.O trabalho experimental está direcionado com o objetivo de entender o funcionamento dos métodos e verificar suas respostas, a partir da utilização dos mesmos materiais componentes. Nesta situação, comprova-se que, embora existam diferenças significativas entre os consumos de cimento dos concretos obtidos, todos os procedimentos de dosagem são aptos para fornecer misturas com consistências prefixadas e com trabalhabilidade adequada às necessidades de lançamento e adensamento por métodos convencionais. As misturas procuradas, com relações água/cimento prefixadas entre 0,45 e 0,75, atingiram valores de resistência compreendidos entre 20 e 45 MPa, na idade de 28 dias. A obtenção, pelos diferentes métodos, de traços com similares características de trabalhabilidade e resistência, leva à procura e ao estabelecimento de critérios e aspectos alternativos, alguns de avaliação subjetiva, que possibilitam a comparação e a seleção de métodos de dosagem. Os critérios e aspectos de comparação sugeridos podem ser instrumentos úteis quando se trata de selecionar, dentre vários métodos, com as mesmas potencialidades de resposta, aqueles mais adaptados a realidades e/ou necessidades específicas de aplicação. / The present work has the main purpose of comparing five mix-proportioning methods of Portland cement concrete, some of them, with great divulgation and intensive use in Brazil. The five methods studied, known as ABCP/ACI, EPUSP/IPT, INT/Lobo Carneiro, ITERS/ Petrucci e SNCF/Vallette, are initially introduced through a flow chart of activities. Afterwards, each method is fully described, including a brief history of its origins and considering the parameters and variables involved in each stage of the whole process. In order to develop the comparative study between methods, a discussion about the most important macroscopic characteristics and properties of fresh and hardened concrete, is established. Special attention is given to certain aspects related to workability and to the procedures for its measurement. The compressive strength is adopted as the main and most representative property of hardened concrete. The comparative work is objectified through the definition and the adoption of variables and parameters, whose values, are quantified for each method and organized in tables. The experimental work is managed with the goal of understanding the working principles of each method and to test the quality of its solutions, considering the same materials. As a result of the experimental work it’s possible to conclude that, notwithstanding significant differences related to concrete cement content, all the proportioning procedures tested, are able to achieve mixtures, with prefixed consistency and workability suitable for placing and compacting through customary procedures. The mixtures obtained, with water/cement ratio prefixed between 0,45 and 0,75, reached resistance values between 20 and 45 MPa, at the age of 28 days. The attainment, trough different methods, of mix proportions, with similar characteristics, in terms of workability and resistance, leads to the establishment of criterions and alternative aspects, some of them of subjective assessment, useful to compare and to select mix-proportioning methods. The criterions and aspects suggested could be useful tools when it’s necessary to choose, from a group, a certain method, considering it’s adaptability to specific necessities and/or situations.

Do ponto de vista reológico, o concreto fresco flui como um líquido. Sendo assim, o seu comportamento no estado fresco deve ser estudado a partir dos conceitos da reologia, ciência voltada para o estudo das deformações e escoamento de um fluido sob a influência de tensões. As estruturas bem planejadas, dependendo do processo adotado para sua confecção, são executadas em tempo muito pequeno após a mistura dos materiais que irão constituir os concretos. Assim, a trabalhabilidade do concreto é um parâmetro importante a ser estudado, tanto por facilitar o lançamento do material quanto pelas decisões relacionadas com a forma desse lançamento. Tradicionalmente, a trabalhabilidade do concreto está associada à sua consistência, expressa em termos de abatimento obtido no ensaio de tronco de cone, que, apesar de ser um método de ensaio bastante utilizado, não a quantifica totalmente. Isto porque o concreto se comporta como um fluido binghamiano, sendo, então, caracterizado por dois parâmetros reológicos: a tensão de escoamento e a viscosidade plástica. Assim, o presente trabalho determina alguns parâmetros de medida, a partir de conceitos reológicos, para a verificação do comportamento de alguns tipos de concreto de alto desempenho no estado fresco, com adição de sílica ativa. Para isso, foram usados tanto os métodos de ensaios tradicionais - ensaio de abatimento de tronco de cone e consistômetro de Ve-Be - quanto equipamentos mais modernos - reômetro. Uma modificação do ensaio de abatimento tradicional também foi usada como uma tentativa de simplificar a determinação dos parâmetros reológicos que caracterizam o comportamento dos concretos frescos. A capacidade dos concretos escoarem sob influência do seu peso próprio foi avaliada através do ensaio da caixa L. A identificação da natureza reológica dos concretos foi feita com o auxílio de um reômetro. A trabalhabilidade dos concretos foi avaliada a partir dos métodos de ensaio que medem os dois parâmetros reológicos e sua perda ao longo do tempo foi associada à evolução dos parâmetros medidos. Apesar de terem sido classificadas como misturas fluidas, nenhum concreto apresentou escoamento suficiente que o caracterizasse como um material auto-adensável, porém apresentou bom escoamento sob a energia de um vibrador. A natureza reológica dos concretos foi identificada como sendo realmente semelhante a um fluido binghamiano. A trabalhabilidade, bem como sua perda ao longo do tempo, foram associadas à evolução dos parâmetros reológicos: observou-se um aumento da tensão de escoamento (ou torque de escoamento), enquanto a viscosidade plástica (ou viscosidade de torque) permaneceu praticamente constante durante os 60 minutos em que o comportamento foi acompanhado. Conclui-se que para a trabalhabilidade dos CAD, há inúmeros outros fatores importantes a serem considerados no prosseguimento da pesquisa, os quais deverão levar em conta parâmetros associados à produção, ao transporte e ao lançamento do material. / From the rheological point of view, the fresh concrete flows as a liquid. In such case, its fresh behavior should be studied from the concepts of rheology, the science which concerns the study of deformation and flow of a fluid under stress influence. The well designed structures, depending on the process considered in their production, are performed in a very short time after the mixture of the materials that will constitute the concretes. Thus, the concrete workability is an important parameter to be studied, even for facilitating the material placement and for the decisions related with the method of this process. Traditionally, the concrete workability is associated to its consistency, expressed in terms of the slump value measured by the slump test that, in spite of being a quite used test, does not quantify it totally. It happens because the concrete behaves as a Bingham fluid, being described by two rheological parameters: the yield stress and the plastic viscosity. Thus, the present research determines some measure parameters from rheological concepts to verify the behavior of some types of fresh high performance concrete (with silica fume addition). For this, both traditional test methods - slump test and Vebe consistometer - and more recent equipments - rheometer - were used. A modification of the traditional slump test was also used as an attempt to simplify the determination of the rheological parameters that describe the fresh concretes behaviors. The capacity of the concretes flow under the influence of their own weight was evaluated by the L-box test. The identification of the concretes rheological behavior was made with a rheometer. The concretes workability was evaluated from test methods that measure the two rheological parameters and its loss over time was associated to the evolution of the measured parameters. In spite of being classified as fluid mixtures, none of the concretes presented enough flow to describe it as a self-compacting material; however they presented a good flow under vibration energy. The concrete rheological behavior was identified as being similar to a Bingham fluid. The workability, as its loss over time, was associated to the evolution of the rheological parameters: an increase of the yield stress (or flow resistance) was observed, while the plastic viscosity (or torque viscosity) stayed practically constant during the 60 minutes in which the behavior was followed. It is concluded that for the high performance concretes workability, there are other several important factors to be considered in the research pursuit, which should consider the parameters associated to the material\'s production, transport and placement.

O presente trabalho tem como objetivo fundamental realizar um estudo comparativo de cinco métodos de dosagem de concretos de cimento Portland, alguns deles, de grande divulgação e uso no Brasil. Os cinco métodos estudados, designados como ABCP/ACI, EPUSP/IPT, INT/Lobo Carneiro, ITERS/Petrucci e SNCF/Vallette, são apresentados inicialmente através dos seus respectivos fluxogramas de atividades. Posteriormente, cada um dos métodos é apresentado, em detalhe, através de um breve histórico e da consideração das variáveis e parâmetros envolvidos em cada uma das etapas, que estruturam seu desenvolvimento. Para a realização do estudo comparativo são discutidas, do ponto de vista macroscópico, as principais características e propriedades do concreto, no estado fresco e endurecido, focalizando-se a atenção nos aspectos ligados à trabalhabilidade e às formas de avaliá-la. A resistência à compressão é adotada como a principal, e mais representativa propriedade do concreto endurecido. O trabalho de comparação é objetivado através da definição e da adoção de parâmetros e variáveis, cujos valores são quantificados e tabelados para cada um dos métodos.O trabalho experimental está direcionado com o objetivo de entender o funcionamento dos métodos e verificar suas respostas, a partir da utilização dos mesmos materiais componentes. Nesta situação, comprova-se que, embora existam diferenças significativas entre os consumos de cimento dos concretos obtidos, todos os procedimentos de dosagem são aptos para fornecer misturas com consistências prefixadas e com trabalhabilidade adequada às necessidades de lançamento e adensamento por métodos convencionais. As misturas procuradas, com relações água/cimento prefixadas entre 0,45 e 0,75, atingiram valores de resistência compreendidos entre 20 e 45 MPa, na idade de 28 dias. A obtenção, pelos diferentes métodos, de traços com similares características de trabalhabilidade e resistência, leva à procura e ao estabelecimento de critérios e aspectos alternativos, alguns de avaliação subjetiva, que possibilitam a comparação e a seleção de métodos de dosagem. Os critérios e aspectos de comparação sugeridos podem ser instrumentos úteis quando se trata de selecionar, dentre vários métodos, com as mesmas potencialidades de resposta, aqueles mais adaptados a realidades e/ou necessidades específicas de aplicação. / The present work has the main purpose of comparing five mix-proportioning methods of Portland cement concrete, some of them, with great divulgation and intensive use in Brazil. The five methods studied, known as ABCP/ACI, EPUSP/IPT, INT/Lobo Carneiro, ITERS/ Petrucci e SNCF/Vallette, are initially introduced through a flow chart of activities. Afterwards, each method is fully described, including a brief history of its origins and considering the parameters and variables involved in each stage of the whole process. In order to develop the comparative study between methods, a discussion about the most important macroscopic characteristics and properties of fresh and hardened concrete, is established. Special attention is given to certain aspects related to workability and to the procedures for its measurement. The compressive strength is adopted as the main and most representative property of hardened concrete. The comparative work is objectified through the definition and the adoption of variables and parameters, whose values, are quantified for each method and organized in tables. The experimental work is managed with the goal of understanding the working principles of each method and to test the quality of its solutions, considering the same materials. As a result of the experimental work it’s possible to conclude that, notwithstanding significant differences related to concrete cement content, all the proportioning procedures tested, are able to achieve mixtures, with prefixed consistency and workability suitable for placing and compacting through customary procedures. The mixtures obtained, with water/cement ratio prefixed between 0,45 and 0,75, reached resistance values between 20 and 45 MPa, at the age of 28 days. The attainment, trough different methods, of mix proportions, with similar characteristics, in terms of workability and resistance, leads to the establishment of criterions and alternative aspects, some of them of subjective assessment, useful to compare and to select mix-proportioning methods. The criterions and aspects suggested could be useful tools when it’s necessary to choose, from a group, a certain method, considering it’s adaptability to specific necessities and/or situations.