https://hdl.handle.net/1884/71373 2026-05-31T12:04:21Z 2026-05-31T12:04:21Z https://hdl.handle.net/1884/75093 2026-05-20T13:37:14Z 2020-01-01T00:00:00Z

Estudo do empacotamento de microcompósitos em misturas quaternárias de cimento Portland, com uso do método de Monte Carlo e foco na redução da emissão de CO2 Resumo: O estudo prioriza a substituição parcial do clinquer por adições, o que pode contribuir de maneira significativa na mitigação da pegada do carbono dentro da cadeia produtiva do cimento, do concreto e no seu efeito climático global. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do empacotamento de partículas em misturas quaternárias de aglomerantes hidráulicos (Cimento Portland, micro metacaulim, micro fíler calcário e nanossílica). A estratégia do estudo combinou o uso do modelo de empacotamento de Andreasen Modificado (1980) com o método probabilístico de Monte Carlo e ajuste pelo critério de convergência por mínimos quadrados. Algoritmos específicos foram desenvolvidos em linguagem Microsoft Visual Basic for Aplications (VBA) em planilha eletrônica para aplicação do método de Monte Carlo. No estudo em laboratório, foram utilizadas técnicas de termogravimetria (TGA/TDA), fluorescência (FRX) e difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM), granulometria por difração de laser, além de ensaios físicos de consistência da argamassa em flow table e moldagem e rompimento à compressão de corpos de prova de argamassa. Duas ações complementares ao empacotamento visando o aumento do desempenho foram adotadas. A primeira foi a redução do tamanho das partículas dos materiais substitutos do clinquer através da moagem de alta energia em moinho especial e a segunda foi diminuir a porosidade da matriz cimentícia através da redução das distâncias entre as partículas com uso de aditivo específico. Os resultados obtidos confirmaram o efeito benéfico do empacotamento das partículas e a viabilidade da substituição de 50% do clinquer por materiais alternativos e com ganho de 30% na resistência aos 28 dias, o que mostra a potencialidade do modelo adotado e a sua contribuição efetiva no desenvolvimento de materiais que proporcionam alto desempenho e menor emissão de CO2. O aglomerante obtido pôde proporcionar a redução das emissões de CO2 de 253 kg/ton no cimento e 56% no concreto.; Abstract: The study prioritizes the partial replacement of clinker by Supplementary cementitious materials, which can significantly contribute to the mitigation of the carbon footprint within the concrete production chain and its global climate effect. This work aimed to evaluate the effect of particle packing in quaternary blended of hydraulic binders (nanosilica, nanolimestone powder, nanocalcined kaolinitic clay, and Ordinary Portland cement – NS LC3). The study strategy combined the use of the Modified Andreasen packing model (1980) and the Monte Carlo probabilistic method, to calculate the quantities of each component of the mixture, which was adjusted to the theoretical packing model using the least-squares criterion. Specific algorithms were developed in Microsoft Visual Basic for Aplications (VBA) in an electronic spreadsheet to apply the Monte Carlo method. In laboratory study, used techniques of thermogravimetry (TGA/TDA), fluorescence (RXF) and X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), dispersive energy microscopy (DEM), mercury intrusion porosimetry (MIP), particle size by laser diffraction, in addition to physical tests of mortar consistency in flow table, molding and testing the compression of mortar specimens. Two actions complementary to packing aimed at the increasing performance were adopted. The first was to reduce the particle size of the clinker substitute materials through high energy grinding in a special mill and the second was to reduce the porosity of the cementitious matrix by reducing the distances between the particles with the use of specific additives. The results obtained confirmed the beneficial effect of packing the particles and the feasibility of replacing 50% of the clinker with alternative materials and with a 30% gain in strength at the 28 days, which shows the potential of the model adopted and its effective contribution in development of materials that provide high performance and lower CO2 emissions. The binder obtained was able to reduce CO2 emissions by 253 kg/ton in the cement and 56% in concrete. Orientador: Prof. Dr. José Marques Filho; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Construção Civil. Defesa : Curitiba, 23/07/2020; Inclui referências

2020-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98430 2026-04-09T16:09:54Z 2025-01-01T00:00:00Z

Efeito do empacotamento de partículas na durabilidade de concretos de alto desempenho expostos ao ataque por sulfatos externo Resumo: A aplicação de técnicas de empacotamento de partículas na dosagem de concretos tem levado à ganhos ambientais, através da redução no consumo de cimento e emissões de gases estufa. No entanto, há pouca discussão sobre quais modelos de empacotamento são mais indicados, quais adições minerais podem ser incorporadas e qual o desempenho reológico, mecânico e de durabilidade dos concretos produzidos. A dosagem por técnicas de empacotamento e emprego de finos na mistura leva à densificação da matriz cimentícia e, consequentemente, decréscimo do volume e interconexão de poros, sendo favorável à durabilidade do concreto. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o efeito da porosidade sobre a durabilidade de concretos de alto desempenho submetidos ao ataque por sulfatos externo. Para tanto, o estudo foi desenvolvido em três etapas. Na primeira, buscou se pela proporção dos finos otimizados por empacotamento de partículas que levou a pastas com melhor desempenho mecânico, ambiental e de durabilidade. Na segunda, concretos foram produzidos variando-se o método de dosagem, por empacotamento de partículas (série C) e convencional (série M), e a relação água/ finos, com valores de 0,28, 0,36 e 0,44 . Os mesmos foram analisados quanto à resistência mecânica, durabilidade e sustentabilidade, sendo essa pela introdução de um indicador de sustentabilidade global (ISG). A última etapa compreendeu o tratamento dos dados obtidos por regressão linear múltipla (RLM), a fim de se determinar o ensaio mais adequado como indicador de durabilidade. A dosagem por empacotamento levou à economia de 50% no teor de aditivo superplastificante, mantendo-se a fluidez dos concretos. A série C obteve resistência à compressão até 4% inferior à série M (57–92 MPa), apesar do consumo de cimento 15% menor. Nos ensaios de durabilidade, a série C apresentou ganho de massa até 120 dias seguido de perda, enquanto a série M mostrou um ganho contínuo de massa até 180 dias. Nos demais ensaios (variação dimensional, resistividade elétrica e velocidade de ultrassom) não houve diferença significativa entre traços, segundo a análise estatística. Logo, concretos dosados por MEP obtiveram menor resistência a sulfatos, devido à menor porosidade e volume de vazios para acomodação dos produtos expansivos. O ISG mostrou-se satisfatório na avaliação de desempenho global. Concretos da série C obtiveram valores de 4,30 kg/m³/MPa e 3,80 kg CO2e/m³/MPa, porém, com custo de descarbonatação em média 13% superior à série M. Por fim, o ensaio de variação de massa obteve o maior coeficiente de determinação na RLM (97%), sendo considerado o método mais adequado para a quantificação do dano causado por sulfatos. Dentre os parâmetros do concreto analisados, a porosidade total apresentou maior relevância; Abstract: The application of particle packing techniques in concrete dosage has led to environmental gains, by reducing cement consumption and greenhouse gas emissions. However, there is little discussion about which packing models are most suitable, which mineral additions can be incorporated and the rheological, mechanical and durability performance of the concretes produced. Through using packing techniques and fines in the mix leads to densification of the cementitious matrix and, consequently, a decrease in the volume and interconnection of pores, which is favorable to concrete durability. The aim of this study was to evaluate the effect of porosity on durability of mixes subjected to external sulfate attack. The study was carried out in three stages. In the first, the proportion of fines optimized by particle packing led to pastes with better mechanical, environmental and durability performance. In the second, concretes were produced by varying the dosing method, by particle packing (C series) and conventional (M series), and the water/fines ratio, with values of 0.28, 0.36 and 0.44 . They were analyzed for mechanical strength, durability and sustainability, the latter being determined by introducing a global sustainability indicator (GSI). The last stage involved processing the data obtained by multiple linear regression (MLR) in order to determine the most suitable test as an indicator of durability. Packing dosage led to savings of 50% in the superplasticizing additive content, while maintaining the fluidity of the concretes. The C series obtained a compressive strength up to 4% lower than the M series (57-92 MPa), despite 15% lower cement consumption. In durability tests, the C series showed mass gain up to 120 days followed by loss, while the M series showed a continuous mass gain up to 180 days. In the other tests (dimensional variation, electrical resistivity and ultrasonic velocity) there was no significant difference between the mixes, according to the statistical analysis. Therefore, concretes proportioned by MEP obtained lower resistance to sulfates, due to lower porosity and voids volume to accommodate expansive products. The GSI proved satisfactory in global performance evaluation. Concretes from C series obtained values of 4.30 kg/m³/MPa and 3.80 kg CO2e/m³/MPa, but with a descarbonation cost on average 13% higher than the M series. Finally, the mass variation test obtained the highest coefficient of determination in the RLM (97%), and is considered the most suitable method for quantifying the damage caused by sulfates. Among the concrete parameters analyzed, total porosity was the most relevant Orientador: Prof. Dr. José Marques Filho; Coorientadora: Profª Drª Heloisa Fuganti Campos; Banca: José Marques Filho (Presidente da Banca), Edna Possan, Angela Borges Masuero e Marienne do Rocio de Mello Maron da Costa; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 24/06/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101457 2026-03-30T21:03:33Z 2025-01-01T00:00:00Z

Avaliação multidimensional da vulnerabilidade a deslizamentos de terra Resumo: Os deslizamentos de terra estão entre os desastres associados a eventos adversos mais recorrentes no Brasil e no mundo, acarretando perdas humanas, danos materiais, prejuízos econômicos e degradação ambiental. Embora a relação entre perigo, vulnerabilidade e exposição seja central na avaliação de risco, a vulnerabilidade ainda é frequentemente tratada de forma simplificada, reduzida a um índice agregado, o que desconsidera sua natureza multidimensional e limita a capacidade de diagnóstico. Nesse contexto, a presente tese buscou avançar na compreensão da vulnerabilidade a deslizamentos por meio de sua avaliação em múltiplas dimensões: social, física, ecológica e institucional. O estudo foi desenvolvido no município de Barra do Turvo-SP, localizado no Vale do Ribeira, região montanhosa marcada por fragilidades socioeconômicas e histórico de deslizamentos associados a fatores naturais e antrópicos. Em função dessas características, o município foi selecionado como área de estudo. Ademais, por se tratar de um território predominantemente rural e com escassez de dados sistematizados, a pesquisa contribui para suprir lacunas em regiões pouco contempladas nas análises de risco, configurando um diferencial metodológico e aplicado da tese. A metodologia foi estruturada em sete etapas principais: (1) revisão de literatura e levantamento de dados cartográficos, censitários, ambientais e institucionais; (2) pré-processamento e organização das bases em ambiente de Sistema de Informação Geográfica (SIG); (3) modelagem individualizada das vulnerabilidades: social, estimada por análise fatorial de variáveis censitárias; física, a partir da resistência de edificações e infraestruturas frente à intensidade dos deslizamentos; ecológica, baseada em fatores da paisagem e no tempo de regeneração dos ecossistemas; e institucional, definida por indicadores da capacidade municipal de gestão de deslizamentos; (4) compatibilização espacial das vulnerabilidades modeladas; (5) análise das distribuições espaciais e integração entre as dimensões, resultando em um índice multidimensional; (6) avaliação da exposição e da probabilidade de ruptura: a exposição representada sob as formas social (população, edificações e infraestruturas) e econômica (custos de reconstrução) e a probabilidade estimada por simulações probabilísticas de Monte Carlo; e (7) integração final dos componentes, originando cenários de risco social, econômico, integrado e ampliado. Os resultados demonstraram que nenhuma dimensão, isoladamente, é capaz de expressar a complexidade envolvida na vulnerabilidade frente aos deslizamentos de terra. As vulnerabilidades social, física, ecológica e institucional apresentaram comportamentos complementares: a social e a ecológica definiram amplos padrões espaciais de variação, a física manifestou-se de forma pontual e intensa, sobretudo em áreas rurais, e a institucional, embora constante, exerceu papel estratégico ao indicar limites e potencialidades da governança local. A integração das dimensões permitiu identificar padrões convergentes e divergentes, mesmo diante de distintos arranjos metodológicos, ressaltando a importância de não reduzir a vulnerabilidade a um único índice. A combinação com a exposição e a probabilidade de ruptura permitiu identificar áreas prioritárias para mitigação e gerar diagnósticos mais representativos da realidade territorial. A pesquisa contribui tanto para o avanço teórico-metodológico no campo da vulnerabilidade aplicada à gestão de desastres quanto para a prática da gestão territorial e rodoviária, oferecendo subsídios a gestores públicos e concessionárias. Embora desenvolvida em Barra do Turvo, a metodologia proposta apresenta potencial de replicação em outros contextos, podendo apoiar políticas de redução de risco e o planejamento territorial preventivo; Abstract: Landslides are among the most recurrent disasters associated with adverse events in Brazil and worldwide, resulting in human losses, material damage, economic impacts, and environmental degradation. Although the relationship between hazard, vulnerability, and exposure is central to risk assessment, vulnerability is still often treated in a simplified manner, reduced to a single aggregated index, which overlooks its multidimensional nature and limits diagnostic capacity. In this context, the present doctoral thesis sought to advance the understanding of landslide vulnerability through its assessment across multiple dimensions: social, physical, ecological, and institutional. The study was conducted in the municipality of Barra do Turvo, São Paulo State, located in the Vale do Ribeira region, a mountainous area characterized by socioeconomic fragilities and a history of landslides associated with both natural and anthropogenic factors. Due to these characteristics, the municipality was selected as the study area. Furthermore, as a predominantly rural territory with scarce and unsystematized data, the research contributes to filling gaps in regions rarely addressed in risk analyses, representing both a methodological and applied innovation of the thesis. The methodology was structured into seven main stages: (1) literature review and compilation of cartographic, census, environmental, and institutional data; (2) preprocessing and organization of datasets within a Geographic Information System (GIS) environment; (3) individual modeling of vulnerabilities: social vulnerability estimated through factorial analysis of census variables; physical vulnerability derived from the resistance of buildings and infrastructure to landslide intensity; ecological vulnerability based on landscape factors and ecosystem regeneration time; and institutional vulnerability defined by indicators of the municipality’s capacity for landslide management; (4) spatial harmonization of the modeled vulnerabilities; (5) analysis of the spatial distributions and integration among dimensions, resulting in a multidimensional vulnerability index; (6) assessment of exposure and failure probability, where exposure was represented in its social form (population, buildings, and infrastructure) and economic form (reconstruction costs), while failure probability was estimated using Monte Carlo probabilistic simulations; and (7) final integration of components, generating social, economic, integrated, and extended risk scenarios. The results showed that no single dimension is capable of expressing the complexity involved in vulnerability to landslides. The social, physical, ecological, and institutional vulnerabilities exhibited complementary behaviors: social and ecological vulnerabilities defined broad spatial patterns of variation; physical vulnerability appeared as localized and intense, mainly in rural areas; and institutional vulnerability, though spatially constant, played a strategic role in highlighting the limits and potentialities of local governance. The integration of dimensions revealed convergent and divergent spatial patterns, emphasizing the importance of not reducing vulnerability to a single index. The combination of vulnerability with exposure and failure probability allowed the identification of priority risk areas for mitigation and the generation of diagnostic outputs more representative of territorial realities. The research contributes to theoretical and methodological advances in the field of vulnerability applied to disaster risk management, as well as to practical applications in territorial and road management, providing decision-making support for public authorities and highway concessionaires. Although developed for Barra do Turvo, the proposed methodology demonstrates potential for replication in other contexts, supporting risk reduction policies and preventive territorial planning Orientadora: Prof.ª Dr.ª. Larissa de Brum Passini; Banca: Larissa de Brum Passini (Presidente da Banca), Sidnei Helder Cardoso Teixeira, Marcos Barreto de Mendonça, Andre Pacheco de Assis, Alessander Christopher Morales Kormann; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 11/12/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/99832 2025-12-22T17:38:02Z 2025-01-01T00:00:00Z

Contribuição ao estudo da reação álcali agregado em cimentos álcali-ativados Resumo: Os cimentos álcali-ativados (CAA) surgem como alternativas sustentáveis ao cimento Portland (CP), com menores emissões de CO2 e propriedades mecânicas superiores. No entanto, sua alta concentração de álcalis pode favorecer a reação álcali agregado (RAA), comprometendo a durabilidade do concreto. Este estudo investiga os mecanismos da RAA em CAA formulados com escória, cinza da casca de arroz e caulim, avaliando diferentes condições de exposição e a aplicabilidade dos métodos tradicionais de análise desenvolvidos para o cimento Portland (CP). Na primeira etapa, realizou-se a classificação de agregados reativos utilizando os testes de expansão em argamassa e concreto, selecionando o agregado mais reativo para a continuação dos experimentos. Na segunda etapa dosou-se o cimento álcali ativado, a partir de escória de alto forno (E), cinza da casca de arroz (CCA) e caulim (C). Ensaios de resistência à compressão, calorimetria e microestrutura foram conduzidos para otimizar a dosagem dos CAA, que apresentaram resistências mecânicas elevadas e comportamento adequado para análise da RAA. Na segunda etapa, a análise da RAA foi realizada por meio dos testes de argamassa e concretos, complementados pelo índice de classificação de danos (DRI) e o Stiffness Damage Test (SDT). O estudo também considerou os impactos de diferentes condições de exposição. Os resultados apontaram que o desempenho do CAA variou conforme o método de teste. No ensaio ABCPT, as amostras E (escória) e ECA (escória + CCA) permaneceram dentro do limite normativo de 0,04%, enquanto ECC (escória + CCA + C) e EC (escória + C) ultrapassaram esse valor, atingindo expansões de até 0,11%. No AMBT, as composições com escória também ultrapassaram os limites normativos, mas apresentaram expansões menores que o CPV. No ensaio CPT, o CAA mostrou expansões comparáveis ou inferiores ao CP, mas nem sempre abaixo dos limites normativos. A análise microestrutural indicou que produtos de hidratação, como o gel CASH (aluminosilicato de cálcio hidratado) e NASH (aluminosilicato de sódio hidratado), são responsáveis pela redução da reatividade dos álcalis. Além disso, os métodos convencionais de avaliação da RAA, projetados para o CP, mostraram-se inadequados para os CAA devido a diferenças na composição química e comportamento mecânico. A severidade das condições do AMBT, foi evidenciada. O ABCPT foi identificado como o mais adequado para analisar a RAA em CAA, especialmente devido à sua capacidade de minimizar a lixiviação de álcalis ao utilizar uma solução alcalina similar ao concreto. A combinação de testes acelerados e técnicas de análise de danos, como DRI e SDT, mostrou maior confiabilidade para avaliar o desempenho a longo prazo. Conclui-se que os CAA têm potencial para reduzir os impactos ambientais da indústria cimenteira e oferecem bom desempenho quanto à RAA. Este estudo contribui para o avanço na compreensão da durabilidade dos CAA, propondo ajustes nos métodos de avaliação; Abstract: Alkali-activated cements (AAC) have emerged as sustainable alternatives to Portland cement (PC), offering lower CO2 emissions and superior mechanical properties. However, their high alkali content may promote alkali–aggregate reaction (AAR), potentially compromising concrete durability. This study investigates the mechanisms of AAR in AAC formulated with slag, rice husk ash, and kaolin, evaluating different exposure conditions and the applicability of traditional assessment methods originally developed for Portland cement. In the first phase, reactive aggregates were classified using mortar and concrete expansion tests, allowing the selection of the most reactive aggregate for subsequent experiments. In the second phase, the alkali-activated cement was proportioned using ground granulated blast furnace slag (S), rice husk ash (RHA), and kaolin (K). Compressive strength, calorimetry, and microstructural analyses were conducted to optimize AAC mix design, which demonstrated high mechanical strength and suitable behavior for evaluating AAR. In the third phase, AAR performance was assessed through mortar and concrete tests, complemented by the Damage Rating Index (DRI) and the Stiffness Damage Test (SDT). The study also considered the influence of different exposure conditions. The results indicated that AAC performance varied according to the test method. In the ABCPT test, the S (slag) and S+RHA samples remained below the normative expansion limit of 0.04%, whereas the S+RHA+K and S+K mixtures exceeded this value, reaching expansions of up to 0.11%. In the AMBT test, slag-based compositions also exceeded the standard limits, although their expansions were lower than those of PCV. In the CPT test, AAC exhibited expansions comparable to or lower than PC, but not always below normative thresholds. Microstructural analysis revealed that hydration products such as CASH (calcium aluminosilicate hydrate) and NASH (sodium aluminosilicate hydrate) contribute to reducing alkali reactivity. Furthermore, conventional AAR assessment methods—designed for Portland cement—proved inadequate for AAC due to chemical and mechanical differences. The severity of AMBT exposure conditions was clearly evidenced. The ABCPT test was identified as the most suitable for evaluating AAR in AAC, particularly due to its ability to minimize alkali leaching by employing an alkaline solution similar to that of concrete pore solution. The combination of accelerated tests with damage assessment techniques such as DRI and SDT yielded greater reliability for long-term performance evaluation. In conclusion, AACs show significant potential for reducing the environmental impacts of the cement industry and demonstrate promising performance with respect to AAR. This study contributes to advancing the understanding of AAC durability and proposes adjustments to current evaluation methodologies Orientador: Prof. Dr. Marcelo Henrique Farias de Medeiros; Coorientadora: Profa. Dra. Caroline Angulski da Luz; Banca: Marcelo Henrique Farias de Medeiros (Presidente da Banca), Fernando Pelisser, Eloise Aparecida Langaro e Diego Jesus de Souza; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 14/08/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z