https://hdl.handle.net/1884/71371 anterior a 2020, ver Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Construção Civil 2026-04-15T06:26:54Z https://hdl.handle.net/1884/98430 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/1884/101550 Extrato de Zingiber officinale (gengibre) como inibidor à corrosão por cloretos no aço carbono Resumo: As estruturas de concreto armado dependem da capacidade do concreto de suportar efeitos de compressão e do aço de suportar a efeitos de tração. Tal capacidade pode ser comprometida devido ao fenômeno da corrosão, que causa a destruição da película passivadora do aço podendo gerar desplacamento do concreto e perda de seção do aço. Desta forma, o estudo de materiais que auxiliem no combate à corrosão é essencial para garantir a durabilidade das estruturas de concreto armado. Uma das maneiras de reduzir estes efeitos é através do uso de inibidores, que retardam ou minimizam a corrosão na armadura ao serem adicionados à matriz cimentícia, podendo agir de forma anódica, catódica ou mista. O presente estudo tem como objetivo analisar o impacto do uso de extrato de gengibre como inibidor de corrosão, em comparação a um inibidor comercial, na diminuição da corrosão por cloretos no aço carbono imerso em argamassa de cimento Portland. Para isso, foram moldados corpos de prova cilíndricos com barras de aço de F 4,2 mm com 1 cm de cobrimento, com teores de 1, 2 e 3% de adição extrato de gengibre, submetidos à ação de cloretos após 28 dias de cura e posteriormente sujeitos a 15 ciclos de molhagem e secagem em solução salina de 3,5% para corrosão acelerada. Utilizando técnicas de potencial de circuito aberto e espectroscopia de impedância eletroquímica, associadas a FT-IR, espectroscopia Raman, MEV, EDS e DRX foi possível concluir que o extrato de gengibre empregado neste estudo não proporcionou redução quantitativa no processo corrosivo, enquanto o comercial, apesar de eletroquimicamente não apresentar redução nos valores de potencial de corrosão e de impedância, visualmente e microscopicamente retardou a corrosão do aço. Apesar das limitações, a espectroscopia Raman destacou a possibilidade de maior estabilidade dos óxidos formados na superfície do aço submetido à ação do gengibre. Esses resultados apontam que, embora a eficácia anticorrosiva não tenha superado a referência, há espaço para otimização das formulações orgânicas visando aplicações sustentáveis em concreto armado; Abstract: Reinforced concrete structures rely on the ability of concrete to withstand compressive stresses and of steel to withstand tensile stresses. This capacity can be compromised by corrosion, which leads to the breakdown of the steel’s passive film and may result in concrete spalling and loss of steel cross section. Therefore, the study of materials that help mitigate corrosion is essential to ensure the durability of reinforced concrete structures. One way to reduce these effects is through the use of corrosion inhibitors, which delay or minimize reinforcement corrosion when added to the cementitious matrix and may act through anodic, cathodic, or mixed mechanisms. The present study aims to evaluate the impact of using ginger extract as a corrosion inhibitor, in comparison with a commercial inhibitor, on the mitigation of chloride-induced corrosion of carbon steel embedded in Portland cement mortar. To this end, cylindrical specimens were cast with F 4.2 mm steel bars and 1 cm concrete cover, incorporating ginger extract at addition levels of 1%, 2%, and 3%. After 28 days of curing, the specimens were exposed to chlorides and subsequently subjected to 15 wetting and drying cycles in a 3.5% saline solution to accelerate corrosion. Using open circuit potential and electrochemical impedance spectroscopy, combined with FT-IR, Raman spectroscopy, SEM, EDS, and XRD analyses, it was concluded that the ginger extract employed in this study did not provide a quantitative reduction in the corrosion process. In contrast, the commercial inhibitor, although not showing electrochemical reductions in corrosion potential or impedance values, visually and microscopically delayed steel corrosion. Despite the limitations of the study, Raman spectroscopy highlighted the possibility of greater stability of the oxides formed on the steel surface exposed to ginger extract. These results indicate that, although the anticorrosive performance did not surpass that of the reference, there is room for optimization of organic formulations aiming at sustainable applications in reinforced concrete Orientador: Prof. Dr. Marcelo Medeiros; Coorientadores: Dr. Gustavo Macioski e Dra. Anelize Seniski Silva; Banca: Marcelo Henrique Farias de Medeiros (Presidente da Banca), Eliana Cristina Barreto Monteiro e Monalisa Coelho Martins; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 09/12/2025; Inclui referências; Área de concentração: Engenharia Civil 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/97715 Efeito da variação do módulo de distribuição do modelo de empacotamento de partículas de Alfred na composição e propriedades do CCV e do CUAD compostos por agregados de rio e de britagem Resumo: O aumento no consumo do cimento nos últimos anos implicou em um maior nível de extração de matéria prima destinada à sua fabricação e nas emissões de CO2 para a atmosfera. A técnica de empacotamento de partículas através dos modelos de previsão de empacotamento busca a produção de concretos mais resistentes utilizando menores quantidades de cimento, considerando a eficiência dos materiais utilizados. O modelo de empacotamento de Alfred tem sido muito usado ao longo dos anos para a otimização de composições granulares, como o concreto. Por meio do módulo de distribuição (q) do modelo, cujo valor varia conforme as propriedades desejadas para o concreto, é possível a obtenção de traços otimizados que visam à produção de concretos mais eficientes sob o ponto de vista ambiental, tecnológico e econômico. A literatura aponta o valor de q = 0,37 como o valor que retorna a maior densidade de empacotamento e menor porosidade, requerendo assim, a mínima quantidade de água nas misturas. No entanto, a experiência tem mostrado que nem sempre as recomendações da literatura conduzem ao desempenho esperado, pois o modelo de Alfred foi proposto para a otimização de misturas de grãos esféricos, o que na prática não ocorre, pois o concreto é composto por grãos com morfologia irregular, muitas vezes distantes de uma esfera. Dessa forma, o objetivo desta pesquisa é estudar o modelo de Alfred, de modo a entender como a variação do parâmetro (q) afeta a composição e as propriedades de concretos em estado fresco e endurecido, considerando concretos produzidos com agregados de diferentes morfologias como os agregados de grãos mais arredondados (areia de rio e seixos rolados) e os agregados de grãos mais angulosos e com arestas (areia de britagem e britas). O estudo considerou quatro tipos de concretos: o convencional de agregados de rio (CC-R) composto por areia de rio e seixos rolados; o convencional de agregados de britagem (CC-B) composto por areia de britagem e britas; e o de ultra-alto desempenho com substituição parcial do cimento por sílica ativa, sendo um deles composto por areia de rio (CUAD-R) e outro por areia de britagem (CUAD-B). As dosagens dos concretos foram formuladas a partir do modelo de Alfred, com o auxílio do método de Monte Carlo, para testar de forma aleatória e determinar as proporções otimizadas dos materiais. Três concretos de cada tipo foram produzidos para avaliação de suas propriedades, sendo que no caso dos CUAD, além desses três, foram produzidos mais quatro concretos por CUAD com a inserção de fibras (teores de 2 e 3% de aço e de 0,3 e 0,6% de polipropileno) de forma individualizada para a comparação dos efeitos oriundos dessas inserções. A escolha desses concretos se baseou no estudo das curvas traçadas entre o volume de pasta e o volume de vazios dos agregados, em função de q, o qual variou para cada mistura. Dos três concretos estudados para cada CC, dois deles foram moldados com a presença de aditivo e um terceiro, sem a presença de aditivo para verificar sua influência nas misturas. Já no caso dos CUAD, todos os concretos consideraram o uso de aditivo devido à substituição parcial do cimento por sílica ativa, a qual possui alto poder de aglomeração de partículas. No estado fresco, foram avaliadas a massa específica e a trabalhabilidade, sendo que os CC-R e os CUAD-B produziram misturas mais fluidas. No estado endurecido, foram avaliadas a resistência à compressão, o módulo de elasticidade, a resistência à tração na flexão e a resistividade elétrica superficial (RES), com destaque para o CUAD-R com 3% de fibras de aço, que atingiu aos 105 dias, respectivamente, resistência à compressão máxima de 108,28 MPa e resistência à tração na flexão máxima de 35,69 MPa, ambos para q = 0,21 e com consumo de cimento inferior a 600 kg/m3; Abstract: The increase in cement consumption in recent years has resulted in a higher level of extraction of raw materials for its manufacture and in CO2 emissions into the atmosphere. The particle packing technique using packing prediction models aims to produce stronger concrete using smaller quantities of cement, considering the efficiency of the materials used. The Alfred’s packing model has been widely used over the years to optimize granular compositions, such as concrete. Through the distribution module (q) of the model, whose value varies according to the desired properties for the concrete, it is possible to obtain optimized mixes that aim to produce more efficient concrete from an environmental, technological and economic point of view. The literature indicates the value of q = 0,37 as the value that returns the highest packing density and lowest porosity, thus requiring the minimum amount of water in the mixtures. However, experience has shown that the recommendations in the literature do not always lead to the expected performance, since the Alfred model was proposed for the optimization of mixtures of spherical grains, which in practice does not occur, since concrete is composed of grains with irregular morphology, often far from a sphere. Thus, the objective of this research is to study the Alfred’s model, in order to understand how the variation of the parameter (q) affects the composition and properties of concretes in fresh and hardened states, considering concretes produced with aggregates of different morphologies such as aggregates with more rounded grains (river sand and rolled pebbles) and aggregates with more angular grains and edges (crushed sand and gravel). The study considered four types of concrete: conventional river aggregate (CC-R) composed of river sand and rolled pebbles; conventional crushed aggregate (CC-B) composed of crushed sand and gravel; and ultra-high performance with partial replacement of cement by silica fume, one of which was composed of river sand (CUAD-R) and the other of crushed sand (CUAD-B). The concrete dosages were formulated based on the Alfred’s model, with the aid of the Monte Carlo’s method, to randomly test and determine the optimized proportions of the materials. Three concretes of each type were produced to evaluate their properties, and in the case of CUAD, in addition to these three, four more mixtures were produced per CUAD with the insertion of fibers (contents of 2 and 3% steel and 0,3 and 0,6% polypropylene) individually to compare the effects arising from these insertions. The choice of these concretes was based on the study of the curves drawn between the paste volume and the aggregate void volume, as a function of q, which varied for each mixture. Of the three concretes studied for each CC, two of them were molded with the presence of additive and a third, without the presence of additive to verify its influence on the mixtures. In the case of CUAD, all concretes considered the use of additive due to the partial replacement of cement by silica fume, which has a high particle agglomeration power. In the fresh state, the specific mass and workability were evaluated, and CC-R and CUAD-B produced more fluid mixtures. In the hardened state, the compressive strength, modulus of elasticity, flexural tensile strength and surface electrical resistivity (RES) were evaluated, with emphasis on CUAD-R with 3% steel fibers, which reached, at 105 days, respectively, maximum compressive strength of 108,28 MPa and maximum flexural tensile strength of 35,69 MPa, both for q = 0,21 and with cement consumption of less than 600 kg/m3 Orientadora: Prof.ª Dr.ª Nayara Soares Klein; Banca: Nayara Soares Klein (Presidente da Banca), Wellington Mazer e Marcelo Henrique Farias de Medeiros; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 14/05/2025; Inclui referências; Área de concentração: Materiais 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101457 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