CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E MECÂNICA DE BLOCOS DE CONCRETO PARA PAVIMENTAÇÃO COM AGREGADOS RECICLADOS

The Construction Materials Laboratory of the Federal University of Tocantins, Palmas campus, produces a lot of concrete waste in the form of specimens, as a result of academic research carried out by Civil Engineering students. These residues are discarded close to the laboratory and do not have a proper destination, and that is why it has become a problem. The present research sought to use these crushed residues as coarse aggregates in the production of precast paving blocks and compared them with a reference mix. The replacements were in the contents of 25%, 50% and 75% of natural aggregates. The evaluation of the viability of the replacement was carried out through the dimensional analysis, compressive strength and water absorption tests of the produced blocks. The water absorption of all paving blocks satisfactorily complied with what is specified in the standard. The mixes using recycled aggregates achieved greater compressive strength compared to the reference mix, and the mixture with a content of 75% showed the best mechanical behavior. In this way, it was possible to show through the research a new destination for concrete waste from laboratories, minimizing the environmental and visual impacts within the university and enabling an adequate destination.El Laboratorio de Materiales de Construcción de la Universidad Federal de Tocantins, Palmas, produce una gran cantidad de desechos de concreto en forma de probetas de las investigaciones académicas realizada por estudiantes de Ingeniería Civil. Estos residuos se desechan cerca del laboratorio y no tienen un destino adecuado, por eso se ha convertido en un problema. La presente investigación buscó utilizar estos residuos triturados como agregados gruesos en la producción de adoquines prefabricados y los comparó con un hormigón de referencia. La proporción de sustitución fue de 25%, 50% y 75%. En la investigación se realizó un análisis dimensional, ensayos de resistencia a la compresión y absorción de agua de los bloques producidos. La absorción de agua de todos los adoquines cumplió satisfactoriamente con lo especificado en la norma. Las mezclas que utilizan áridos reciclados lograron una mayor resistencia a la compresión en comparación con la mezcla de referencia, y la mezcla con un contenido del 75% mostró el mejor comportamiento mecánico. De esta forma, fue posible mostrar a través de la investigación un nuevo destino para los residuos de hormigón de los laboratorios, minimizando los impactos ambientales y visuales dentro de la universidad y posibilitando un destino adecuado.O Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Federal do Tocantins, campus Palmas, produz resíduos de concreto em forma de corpos de prova, em função das pesquisas acadêmicas desenvolvidas pelos alunos de Engenharia Civil. Esses resíduos são descartados próximos ao laboratório e não possuem destinação adequada, e por isso tem se tornado um problema. A presente pesquisa buscou utilizar esses resíduos britados como agregados graúdos na produção de blocos de pavimentação pré-moldados e comparou com um traço de referência. As substituições foram nas proporções de 25%, 50% e 75%. A avaliação da viabilidade da substituição foi realizada por meio dos ensaios de análise dimensional, resistência à compressão e absorção de água dos blocos produzidos. A absorção de água de todos os blocos cumpriram satisfatoriamente com o especificado na norma. Os traços com uso de agregados reciclados alcançaram maiores resistências à compressão com relação ao traço de referência, sendo a mistura com teor de 75% que apresentou melhor comportamento mecânico. Dessa forma, foi possível mostrar por meio da pesquisa uma nova destinação aos resíduos de concreto dos laboratórios, minimizando os impactos ambientais e visuais no âmbito da universitário e possibilitando uma destinação adequada

Use of residual powder obtained from organic waste to partially replace cement in concrete

The main objective of this research is to investigate the feasibility of using the residual powder obtained from organic waste to replace a part of Portland cement during concrete production. The chemical and physical properties of the organic residual powder were first investigated using scanning transmission electron microscopy (STEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The replacement ratios of cement have also been studied for 0%, 5%, 10%, 15%, and 20% of the residual powder by weight. Moreover, we evaluated the compressive strength, specific gravity, water absorption, and voids content of the concrete specimens that were modified with different concentrations of the residual powder. Results indicate that 5% residual powder concentration resulted in better physical and mechanical properties of the modified concrete when compared with the reference concrete. At this concentration, the addition of residual powder act as fillers in concrete, reducing the amount of voids and causing a higher density in the material

Influência da localização do núcleo rígido de edificios de múltiplos pavimentos de concreto armado na estabilidade global das estruturas / Influence of the location of the hard core of buildings of multiple armed concrete floors on the global stability of structures

A análise da estabilidade global das estruturas tem elevada importância no ramo da construção civil pois a tendência para a construção de edifícios cada vez mais altos e esbeltos só tem aumentado no pais. Este trabalho retrata um estudo, sobre a estabilidade global, realizado em uma edificação de múltiplos pavimentos de concreto armado considerando o núcleo rígido como sistema de contraventamento. Para viabilizar o estudo, foram realizados três dimensões com diferentes posições do núcleo rígido: centrado na edificação, excêntrico ao maior lado da edificação e excêntrico ao menor lado da edificação. A análise da estabilidade global foi realizada através do coeficiente de qualidade, também, classificar uma estrutura quanto aos tipos de nós.Também foram encontrados quanto ao consumo de materiais como aço, concreto e formas dos edifícios estudados. Esta pesquisa concluiu que o núcleo rígido localizado no centro da edificação apresentou melhores resultados que as outras relacionadas com a relação à estabilidade global. O estudo do consumo de material realizado não viabilizou determinar com precisão qual projeto apresenta o melhor custo benefício devido à alteração do núcleo rígido, pelo que se faz necessário um estudo mais detalhado

Use of residual powders and sisal fiber in concrete blocks

A pesquisa tem como enfoque fundamental a aplicação de novos materiais alternativos para uma construção sustentável. Pós residuais, provenientes do resíduo orgânico e do setor mineral, e fibras de sisal constituem bons exemplos de materiais não convencionais. Dessa forma, o objetivo principal foi avaliar a incorporação dos pós residuais e da fibra de sisal no concreto para a fabricação de blocos de concreto e elementos de alvenaria. Foram estudados três relações cimento: agregado, de 1:15, 1:10 e 1:6 (traços pobre, médio e rico), com a finalidade de produzir blocos estruturais com classe de resistência, de 4, 8 e 12 MPa, respectivamente. Para cada traço foi realizada a substituição da areia natural por pó de pedra com teores de 20%, 40%, 60% e 80%, em massa, e do cimento por pó de resíduo orgânico com teores de 5%, 10%, 15% e 20%, em massa. Foi feito o estudo da durabilidade da fibra de sisal em meio alcalino, com comprimento de 20 mm e fração volumétrica de 1% com relação ao concreto. Foram estudadas as propriedades físicas e mecânicas do concreto no estado fresco e endurecido. Os resultados mostraram que os pós residuais podem ser utilizados como fíler no concreto substituindo parte da matéria prima, uma vez que causaram o correto empacotamento nos agregados e na pasta de cimento. O estudo estatístico utilizando a técnica do Bootstrap mostrou que para o pó de pedra, a porcentagem ideal para a substituição da areia pelo pó no concreto foi de 60% para os traços 1:15 e 1:10 e de 40% para o traço 1:6. Já no pó de resíduo orgânico, concretos com baixo consumo de cimento, o resíduo não teve um correto enchimento na matriz cimentícia; com médio consumo, o concreto com 5% de pó apresentou propriedades mecânicas e físicas superiores ao concreto de referência; e em misturas ricas em cimento, porcentagens até 10% provocaram um correto desempenho mecânico quando comparados ao concreto de referência. O sisal apresentou alta durabilidade em matrizes cimentícias modificadas com materiais pozolânicos devido à diminuição do hidróxido de cálcio (CH). Foi possível concluir que os blocos de concreto modificados com os materiais alternativos apresentaram qualidade compatível com as exigências da construção civil nacional e podem ser utilizados também como unidades de vedação.This research deals with the use of new alternative materials for sustainable construction. The use of residual powder materials, from organic residue and from mineral sector, and sisal fibers are good examples of unconventional materials that can be used. The main objective is to evaluate the use of residual powders and sisal fibers in the production of structural masonry blocks. Three types of mixtures for cement consumption were studied: aggregate/cement (A/C) ratios of 15, 10, and 6, in order to produce blocks structural strength classes of 4, 8 and 12 MPa, respectively. For each trace the cement were replaced by powder organic waste at levels of 5%, 10%, 15% and 20%, and natural sand replaced by stone powder at levels of 20%, 40%, 60% and 80%. A study was carried out in order to evaluate the durability of sisal fiber in the alkaline medium, with length of 20 mm and 1% volume fraction on the concrete. The physical and mechanical properties of fresh and hardened concrete were studied. The results showed that residual powder can be used as filler in concrete by replacing part of the raw material, since they caused the correct packaging in the aggregates and in the cement paste. The statistical analysis using the Bootstrap technique showed that for the stone powder the optimal percentage for replacing the sand was 60% for 15:1 and 10:1 traces and 40% for 6:1 trace. As for the organic residual powder, the results showed that the reference concrete had higher compressive strength than the concrete with low cement content (A/C ratio of 15:1). However, samples made with 5% powder and an A/C ratio of 10:1 showed greater physical and mechanical properties strength than the reference concrete. Mixtures rich in cement (A/C ratio of 6:1) and the powder replacements of up to 10% resulted in the best mechanical behavior. The sisal showed high durability in modified cementitious matrices with pozzolanic materials due to decreased calcium hydroxide (CH). It was concluded that the blocks modified with alternative materials showed quality compatible with the requirements of national construction

Use of natural sisal fiber in concrete blocks for structural masonry

A utilização de fibras vegetais como reforço constitui um grande interesse na obtenção de novos materiais para a construção civil produto de seu baixo custo, alta disponibilidade e reduzido consumo de energia para sua produção. Este trabalho avalia a incorporação de fibras de sisal, de comprimento 20 e 40 mm, e fração volumétrica de 0,5 e 1%, em concretos para a alvenaria de blocos estruturais e determina o uso destas unidades na execução de prismas e mini-paredes. Foram realizados os testes de caracterização da fibra, blocos e argamassa de assentamento e os ensaios de resistência à compressão axial das unidades, prismas e mini-paredes. O sisal apresentou baixa massa específica aparente e elevada absorção de água, constituindo uma característica comum desse tipo de material pela grande incidência de poros permeáveis. As propriedades físicas dos blocos com e sem adição cumpriram com os requisitos das normas estabelecidas validando sua utilização. Os resultados do ensaio à compressão mostraram que as mini-paredes reforçadas com fibras obtiveram valores muito próximos ou mesmo superiores aos obtidos para as mini-paredes sem fibras, apresentando melhor desempenho que os blocos e prismas. Todos os elementos com adição mostraram um ganho da capacidade de deformação e ductilidade conferida pelas fibras, observado nas curvas tensão x deformação. O modo de ruptura dos blocos, prismas e mini-paredes de referência foi caracterizado por uma fratura brusca e catastrófica e os reforçados mantiveram suas partes unidas pelas fibras, não perdendo sua continuidade e tornando a ruptura um processo progressivo.The use of natural fibers as reinforcement is a great interest in obtaining new materials for construction, owing of its low cost, high availability and reduced energy consumption for its production. This paper evaluates the incorporation of sisal fibers of 20 mm and 40 mm length and volume fraction of 0.5 and 1%, for concrete for masonry structural blocks, and determines the use of these units in making of prisms and mini-walls. The laboratory tests were carried to characterize physical properties the fiber, blocks and mortar, and besides axial compression tests of the units, prisms, and mini-walls. The sisal had low apparent density and high water absorption, constituting a common feature of such material by the high incidence of permeable pores. The physical properties of the blocks with and without addition complied with the requirements of standards established by validating their use. The axial compression test results showed that mini-walls reinforced with fibers obtained values very close to or even superior to those obtained for the mini-walls without fibers, showing better performance than the blocks and prisms. All elements with the addition had increased the deformation capacity and ductility afforded by the fibers, observed in the curves stress/strain. The rupture mode of blocks, prisms and mini-walls reference was characterized by an abrupt and catastrophic fracture, and elements reinforced maintained their shares together by the fibers, without losing its continuity and becoming a progressive rupture

INFLUENCE OF SISAL FIBERS IN HOLLOW CONCRETE BLOCK STRUCTURAL MASONRY

The mechanical performances of masonry elements made of concrete and natural sisal fibers was experimentally investigated. Compression tests were carried out on individual hollow blocks, prisms and small-size walls made of hollow blocks both in plain concrete and in fiber-reinforced concrete. Fibers were found to decrease the strength of the individual blocks, but to increase their ductility. This has beneficial effects on the strength of the walls. Numerical models were also developed to predict the nonlinear behavior of the blocks. The smeared crack model implemented in the commercial FE program DIANA allowed the nonlinear behavior of the blocks to be qualitatively captured, provided that suitable boundary conditions are used

Sisal fiber reinforced hollow concrete blocks for structural applications: Testing and modeling

An experimental programme was carried out to investigate the mechanical behavior of masonry elements made of concrete and natural sisal fibers. Compression tests were carried out on individual hollow blocks, as well as on prisms and wallettes made of hollow blocks. For comparison, the mechanical response of companion plain concrete specimens was also assessed. The results of the tests are presented, and the influence of the sisal fibers on the mechanical properties of the elements is discussed. Numerical models were also developed to predict the nonlinear behavior of the blocks. The parameters and the boundary conditions that define the models are calibrated to match the experimental loaddisplacement curves. A qualitative description of the damage evolution in the elements using the smeared crack model implemented in the commercial FE program DIANA and the XFEM implemented in Abaqus is obtained. The experimental and numerical results are critically discussed, and possible future improvements of the proposed models are outlined

Aplicação de cinzas residuais e de fibra de sisal na produção de argamassas e concretos: Revisão

The industrial development linked to the growing addiction to consumption, obsession with fossil fuels, and general desire for short term profit, cause a certain insensitivity to more sustainable alternatives. The construction industry is a sector in which the incorporation of various types of waste presents as favorable. Three types of waste with different characteristics and origins have proved attractive and advantageous for many developing countries. They are incinerated municipal solid waste, bagasse ash from sugar-cane and sisal fiber. The aim of the paper was to realize a literature review of the characteristics, use and importance of these residues as application in construction. The interest in the re-use of these waste materials as raw material in mortar and concrete allows for proper disposal and minimizing the generation of waste, moreover, would no longer be the primary cause of problems relating to public health and the environment. Fortunately, there is a tendency among researchers to stimulate the search for new raw materials that come from cleaner and renewable sources. All studies referenced in the article showed the feasibility of using sisal fiber and residual ash for the manufacture of concrete and mortar.O desenvolvimento industrial, associado ao crescente vício de consumo, à obsessão pelos combustíveis fósseis, e o desejo massificado pelo lucro a curto prazo, causam uma certa insensibilidade à alternativas mais sustentáveis. A indústria da construção civil é um setor no qual a incorporação dos vários tipos de resíduos apresenta-se como favorável. Três tipos de resíduos com características e origens diferentes têm se mostrado atraentes e vantajosos para muitos países em desenvolvimento. Eles são resíduos sólidos urbanos incinerados, cinza do bagaço da cana-de-açúcar e fibra de sisal. O artigo apresenta como objetivo realizar uma revisão bibliográfica das características, uso e importância desses resíduos como aplicação na construção civil. O interesse na reutilização desses materiais rejeitáveis como matéria prima em argamassas e concretos permite uma destinação adequada e redução de sua geração, por outro lado, deixariam de ser causa primária dos problemas ligados à saúde pública e ao meio ambiente. Felizmente, verifica-se que maior é a tendência dos pesquisadores de estimular a busca de novas matérias-primas que sejam provenientes de fontes renováveis e menos poluentes. Todas as pesquisas referenciadas no artigo mostraram a viabilidade da utilização da fibra de sisal e das cinzas residuais para a fabricação de concretos e argamassas.    

Use of residual powder obtained from organic waste to partiallyreplace cement in concrete

The main objective of this research is to investigate the feasibility of using the residual powder obtained from organic waste to replace a part of Portland cement during concrete production. The chemical and physical properties of the organic residual powder were first investigated using scanning transmission electron microscopy (STEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The replacement ratios of cement have also been studied for 0%, 5%, 10%, 15%, and 20% of the residual powder by weight. Moreover, we evaluated the compressive strength, specific gravity, water absorption, and voids content of the concrete specimens that were modified with different concentrations of the residual powder. Results indicate that 5% residual powder concentration resulted in better physical and mechanical properties of the modified concrete when compared with the reference concrete. At this concentration, the addition of residual powder act as fillers in concrete, reducing the amount of voids and causing a higher density in the material.El objetivo principal de este trabajo es estudiar la viabilidad de utilizar el polvo obtenido a partir de residuos orgánicos para substituir parte del cemento Portland en la producción del hormigón. Inicialmente fueron evaluadas las propiedades químicas y físicas del polvo residual usando un microscopio electrónico de transmisión (TEM) y aplicando la espectroscopía de dispersión de energía de rayos X, (EDS). Los porcentajes del residuo remplazando el cemento fueron 0%, 5%, 10%, 15%, y 20%, en peso. Para los ejemplares de hormigón modificado con las concentraciones del polvo fueron evaluadas la resistencia a compresión, peso específico, absorción de agua, e índice de vacíos. Los resultados mostraron que 5% del polvo residual mejoraron las propiedades físicas y mecánicas del hormigón con relación a los ejemplares de referencia. Por lo tanto, el polvo puede actuar como fíler en la pasta de cemento, disminuyendo el número de vacíos e aumentando la densidad y resistencia del material