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Tipo: Dissertação
Título: Evaluation of modulus of elasticity and fatigue behavior of alkali-activated concrete and portland cement concrete using different testing methods
Título em inglês: Evaluation of modulus of elasticity and fatigue behavior of alkali-activated concrete and portland cement concrete using different testing methods
Autor(es): Melo, Abcael Ronald Santos
Orientador: Babadopulos, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima
Coorientador: Cédric, Sauzéat
Palavras-chave em português: Concreto - Fadiga;Elasticidade;Concreto;Autoaquecimento (Engenharia Civil);Corpo-de-prova (Engenharia Civil)
Palavras-chave em inglês: Concrete - Fatigue;Elasticity;Concrete;Self-heating (Civil Engineering);Test specimen (Civil Engineering)
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Data do documento: 2025
Citação: MELO, Abcael Ronald Santos. Evaluation of modulus of elasticity and fatigue behavior of alkali-activated concrete and portland cement concrete using different testing methods. 2025. 196 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Diferentes tipos de estruturas estão sujeitas a cargas dinâmicas que podem causar deterioração por fadiga, como torres eólicas, pontes, rodovias e estruturas marítimas. Essas estruturas frequentemente requerem o uso de concreto de cimento Portland (PCC) em componentes estruturais, como fundações. Entre as alternativas existentes ao PCC, os concretos álcaliativados (AAC) podem apresentar menores emissões de CO₂ durante sua produção. Propriedades como resistência à fadiga, módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson afetam o comportamento do material sob cargas variáveis. Enquanto o coeficiente de Poisson é geralmente assumido como um valor fixo (0,20), o módulo de elasticidade do PCC é comumente determinado por meio de ensaios estáticos. No entanto, essas propriedades também podem ser obtidas utilizando carregamentos cíclicos/dinâmicos, sendo que a fadiga necessariamente requer a aplicação de cargas variáveis para sua avaliação. Nesse contexto, o objetivo geral deste trabalho é avaliar o módulo de elasticidade e o comportamento à fadiga do concreto de cimento Portland e do concreto álcali-ativado. Foram utilizados diferentes tipos de ensaios (resistência à compressão, módulo estático, módulo complexo quase-estático, ressonância por impacto, ultrassom de ondas P e S e fadiga), variando parâmetros como frequência, idade, temperatura, tamanho do corpo de prova e carregamento, para caracterizar as propriedades mecânicas de AAC (dois concretos) e PCC (outros dois concretos). Além disso, modelos de elementos finitos incorporando o comportamento viscoelástico de ambos os concretos foram desenvolvidos para avaliar o autoaquecimento dos materiais durante os ensaios de fadiga cíclica, com base em suas propriedades térmicas, calculando a temperatura superficial e comparando os resultados com os dados experimentais. Não foram observadas diferenças significativas no módulo de elasticidade ou na resistência para ensaios realizados com diferentes tamanhos de corpos de prova em todas as formulações de concreto. Dentre os ensaios de módulo de elasticidade, o módulo estático apresentou os menores valores, enquanto o módulo por ressonância de impacto apresentou os maiores valores para todas as formulações, provavelmente devido a diferenças nos níveis de deformação e na não linearidade do material. Os ensaios combinados de ultrassom por ondas P e S forneceram coeficientes de Poisson superiores ao valor comumente adotado de 0,20. Os corpos de prova de AAC apresentaram ângulos de fase mais elevados (cerca de 2,3°) em comparação com os de PCC (cerca de 1,1°), e o módulo de elasticidade aumentou até 10,0% com o aumento da frequência (de 0,1 Hz para 25 Hz). Por fim, o método de elementos finitos superestimou as temperaturas iniciais da superfície em até 1,6°C para AAC e 0,6°C para PCC, com aumentos totais de temperatura de 6,7°C e 4,0°C, respectivamente, utilizando coeficientes de transferência térmica ajustados para coincidir com o aumento final da temperatura entre o modelo e o experimento. Mais estudos são necessários para compreender os valores medidos do ângulo de fase, pois parecem elevados quando utilizados para ajustar modelos viscoelásticos e prever o comportamento de fluência. Este trabalho é resultado de uma parceria entre a UFC, em Fortaleza, Brasil, e a ENTPE, em Vaulx-en-Velin, França.
Abstract: Different types of structures are subjected to dynamic loads that can cause fatigue deterioration, such as wind towers, bridges, roads and marine structures. Such structures often require the use of Portland Cement Concrete (PCC) in structural components, such as foundations. Amongst the existing alternatives to PCC, Alkali-Activated Concretes (AAC) may bear lower CO2 emissions during their production. Properties such as fatigue strength, modulus of elasticity and Poisson's ratio affect the material's behavior under varying loads. While Poisson's is usually an assumed value (0.20), modulus of elasticity is commonly determined for PCC through static tests. However, such properties can also be obtained using cyclic/dynamic loading. Fatigue necessarily requires varying loads to be tested. In this context, the general objective of this work is to evaluate modulus of elasticity and fatigue behaviors for Portland cement concrete and alkali-activated concrete. This work uses different types of tests (compressive strength, static modulus, quasi-static complex modulus, impact resonance, P-wave and S-wave ultrasound and fatigue), with variation of their parameters (frequency, age, temperature, specimen size and loading) to characterize the mechanical properties of AAC (2 concretes) and PCC (2 other concretes). Furthermore, finite element models incorporating the viscoelastic behavior of both concretes were developed to assess concretes' self-heating during cyclic fatigue loading based on thermal properties, to calculate surface temperature and compare to experimental data. No significant difference on modulus or strength for tests using different specimen sizes for all four concretes was observed. Amongst the modulus of elasticity tests, static modulus presented the lowest values and impact resonance modulus presented the highest values for all the concrete formulations, probably due to differences on strain levels and material nonlinearity. Combined P-wave and S-wave ultrasonic tests provided Poisson’s ratios higher than the commonly adopted value of 0.20. AAC specimens presented higher phase angles (around 2.3°) than PCC specimens (around 1.1°) and modulus of elasticity increased up to 10.0% with the increasing frequency (from 0.1Hz to 25Hz). Finally, the finite element method overestimated initial surface temperatures by up to 1.6°C for AAC and 0.6°C for PCC, with total increases of 6.7 ºC and 4.0ºC, respectively, with film coefficient values adopted in order to match final temperature increase between model and experiment. More work is necessary to understand the measured phase angle values, since they seem high when used to fit viscoelastic models and predict creep behavior. This work is the result of a partnership between UFC, at Fortaleza, Brazil and ENTPE, at Vaulx-en-Velin, France.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80957
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0002-6849-4540
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/5033052802319470
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-9250-2635
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4032413277446483
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0001-5055-8887
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/4143350951448713
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
Aparece nas coleções:DECC - Dissertações defendidas na UFC

Arquivos associados a este item:
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2025_dis_arsmelo.pdf
🔒  Disponível em  2027-05-22
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