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ISSN 1983-4195

VOL.15 - Num.6 - Dec/2022
Vol.15 num5
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PAPERS - ARTIGOS
The greenway for bridge column rehabilitation: a comparison between different techniques based on multi-criteria decision analysis
O caminho verde para pilares de pontes: uma comparação entre as operações de retrofitting e substituição com análise de decisão multicritério
  Full Paper (html): Pdf
  Bruno Briseghella,Vittoria Borghese,Carlotta Pia Contiguglia,Angelo Pelle,Davide Lavorato,Silvia Santini,Camillo Nuti
  Abstract

One of the biggest issues in civil engineering is the poor performance of concrete repairs. In fact, in Europe only 50% of concrete structures restorations are estimated to be successful, even though rehabilitation costs account for about half of the yearly construction budgets. This research aims at investigating a potential green approach to the sustainability of rehabilitation solutions for infrastructures. Following a simplified analysis of C02 emissions, intervention costs, social aspects, structural performances and other variables considered relevant to the scope, possible rehabilitation techniques are compared and ranked. The following four different options have therefore been designed to be applied to an actual column of the Brabau Bridge in Sardinia (Italy): i. complete removal and replacement of the column, ii. replacement of the damaged longitudinal rebars by machined bars and ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) strengthening, iii. longitudinal and transverse fiber reinforced polymers (FRP) wrapping, iv. concrete jacketing. A methodological and procedural strategy is established through multi-criteria analysis that will allow future developments to assess the whole Life Cycle Assessment of the maintenance work.

Keywords: reinforced concrete; sustainability; bridge column rehabilitation; multi-criteria; AHP

  Resumo

Um dos maiores problemas da engenharia civil é o mau desempenho dos reparos em concreto. Estima-se que apenas 50% das restaurações de estruturas de concreto na Europa sejam bem-sucedidas, apesar de os custos de reabilitação e reparo serem estimados em cerca de metade dos orçamentos anuais de construção. Esta pesquisa visa investigar uma potencial abordagem verde para a sustentabilidade de soluções de reabilitação de infraestruturas. Após uma análise simplificada das emissões de C02, custos de intervenção, aspectos sociais, desempenhos estruturais e outros aspectos considerados relevantes para o escopo, as possíveis ações de manutenção são comparadas e classificadas. As seguintes quatro opções diferentes foram, portanto, projetadas para serem aplicadas a uma coluna da Ponte Brabau na Sardenha (Itália): i. remoção e substituição completas da coluna, ii. substituição das barras longitudinais danificadas por barras usinadas e reforço UHPFRC, iii. envolvimento longitudinal e transversal de CFRP, iv. revestimento de concreto. Uma estratégia metodológica e processual é estabelecida através de uma análise multicritério que permitirá em futuros desenvolvimentos avaliar todo o Ciclo de Vida da obra de manutenção

Palavras-chave: concreto reforçado; sustentabilidade; reabilitação de pilares de pontes; multicritério; AHP

 
Circular economy in concrete production: Greenhouse Gas (GHG) emissions assessment of rice husk bio-concretes
Economia circular na produção de concretos: avaliação das emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE) de bioconcretos com casca de arroz
  Full Paper (html): Pdf
  Lucas Rosse Caldas, Arthur Ferreira de Araujo, Nicole Pagan Hasparyk, Francieli Tiecher, Guilherme Amantino, Romildo Dias Toledo Filho
  Abstract

Circular Economy (CE) is progressively attracting interest from construction sector stakeholders to support the development of products with higher amounts of recovered materials in order to decrease greenhouse gas (GHG) emissions. Concrete is one of the most used materials in the world and can be produced using waste as raw materials, including, bio-based sources, from both agricultural and forest activities. This research aims to assess the GHG emissions in the life cycle of innovative rice husk bio-concretes (RBC) in which rice husk (RH) and rice husk ash (RHA) are used as circular solutions. Four RBC, considering ordinary Portland cement replacement by 8% of RHA and, different contents of sand substitution by RH (0; 5 and 10%), were assessed. The Life Cycle Assessment (LCA) methodology was used, with a cradle-to-gate scope, using the GWPbio method, that contemplate the influence of biogenic carbon on the emissions reduction. Different transportation scenarios were evaluated considering the RBC production in different Brazilian regions. The service life of RBC in terms of carbon stock was also evaluated. Two carbon-performance indicators are also evaluated in terms of RBC compressive strength and thermal conductivity values. As the main conclusion, cement replacement by RHA alongside with sand replacement by RH are promising strategies to produce bio-concretes for specific applications, such as panels, partitions and façade elements, and to reduce its GHG emissions. However, this benefit varies according to RH availability, transport efficiency and RBC service life. The RBC can be considered a potential alternative for concrete industry, for specific applications, to reduce GHG emissions and can be developed where rice waste is an available source. This study contributes by presenting a new material and a methodology for the evaluation of life cycle GHG emissions of bio-concretes, which can help to promote a circular construction sector.

Keywords: concrete; circular economy; life cycle assessment; LCA; CO2; biogenic carbon; rice waste

  Resumo

A Economia Circular (EC) está progressivamente atraindo o interesse dos stakeholders do setor de construção para apoiar o desenvolvimento de produtos com maior quantidade de materiais recuperados, a fim de diminuir as emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE). O concreto é um dos materiais mais utilizados no mundo e pode ser produzido utilizando resíduos como matéria-prima, incluindo fontes de base biológica, tanto de atividades agrícolas quanto florestais. Esta pesquisa tem como objetivo avaliar as emissões de GEE no ciclo de vida de Bioconcretos de Casca de Arroz (BCA) inovadores em que a Casca de Arroz (CA) e as Cinzas de Casca de Arroz (CCA) são empregadas como soluções circulares. Foram avaliados quatro BCA, considerando a substituição de cimento Portland comum por 8% de CCA e diferentes teores de substituição de areia por CA (0; 5 e 10%). Foi utilizada a metodologia da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), com escopo do berço ao portão, utilizando o método GWPbio, que contempla a influência do carbono biogênico na redução das emissões. Diferentes cenários de transporte foram avaliados considerando a produção do BCA em diferentes regiões brasileiras. Dois indicadores de desempenho de carbono dos BCA também são avaliados em termos de resistência à compressão e de valores de condutividade térmica. Como principal conclusão, a substituição do cimento por CCA e da areia por CA são estratégias promissoras para a produção de bioconcretos para aplicações específicas para reduzir suas emissões de GEE. No entanto, esse benefício varia de acordo com a disponibilidade de CA, eficiência de transporte e vida útil do BCA. O BCA pode ser considerado uma alternativa potencial para a indústria de concreto, para aplicações específicas, para reduzir as emissões de GEE e pode ser desenvolvido onde o resíduo de arroz é uma fonte disponível. Este estudo contribui ao apresentar um novo material e uma metodologia para a avaliação das emissões de GEE do ciclo de vida dos bioconcretos, que podem promover um setor de construção circular.

Palavras-chave: concreto; economia circular; avaliação do ciclo de vida; ACV; CO2; carbono biogênico; resíduo de arroz

 
Proposed durability parameters for reinforced concrete structures with design service life between 50 years and 100 years in Brazil
Proposição de parâmetros para durabilidade de estruturas de concreto armado com vida útil de projeto entre 50 e 100 anos no Brasil
  Full Paper (html): Pdf
  Francine Barcellos Mumberger,Bernardo Fonseca Tutikian,Fabrício Longhi Bolina
 

Abstract

The main system of a construction is the structure. Its replacement is most of the times unfeasible and its repair or demolition generates waste that is often difficult to recycle, reuse or dispose of. In this way, structures with longer design service life (DSL) will generate lower environmental impacts, in addition to being financially more interesting for their users. Reinforced concrete is one of the most used types of structure, and commonly suffers with attacks of chloride ions and carbon dioxide that can facilitate the corrosion of the reinforcement. Concrete structures also suffer effects from the passage of time, as probability of accidental load increase, creep and shrinkage. The objective of this study was to determine durability and time effect parameters for DSLs between 50 and 100 years. The durability study was conducted through a review of reference studies, a selection of DSL models based on characteristic forms of environmental aggressiveness and comparison with international standards, using DSLs between 50 and 100 years and the following parameters: w/c ratio, compression strength, minimum cement usage and minimum cover. The time effect study considered Brazilian standards and their probability for accidental loads, creep, shrinkage and variations of the compressive strength, using DSLs between 50 and 100 years. The durability results were compiled in a table with practical recommended dimensional parameters. Despite some proposed parameters being higher or lower than standard values, the differences in performance were accounted through other parameters in order to maintain safety levels and to obtain minimum cover thicknesses. Variable vertical loads presented increments of 4.29% for 75 years and 7.22% for 100 years and wind velocity demonstrated a variation of 5.08% increase at 75 years and 9.84% at 100 years. Compression strength of concrete, creep coefficient and specific shrinkage deformation did not present significant variations. FBM: conceptualization, formal analysis, methodology, writing; BFT e FLB: data curation, formal analysis.

Keywords: reinforced concrete; durability; design service life

  Resumo

O principal sistema de uma construção é a estrutura. A sua substituição é muitas vezes inviável e a sua reparação ou demolição gera resíduos muitas vezes de difícil reciclagem, reutilização ou descarte. Dessa forma, estruturas com maior vida útil do projeto (VUP) gerarão menores impactos ambientais, além de serem financeiramente mais interessantes para seus usuários. O concreto armado é um dos tipos de estrutura mais utilizados, e comumente sofre com ataques de íons cloreto e carbonatação que podem facilitar a corrosão da armadura. As estruturas de concreto também sofrem efeitos com a passagem do tempo, como aumento da probabilidade de carga acidental, fluência e retração. Este trabalho tem como objetivo propor parâmetros para vidas úteis de projeto superiores a 50 anos, relativos à durabilidade e ao efeito do tempo. O estudo da durabilidade foi conduzido a partir de uma revisão bibliográfica e escolha de modelos de previsão de vida útil baseados em formas características de agressividade ambiental e comparação com normas internacionais, com VUPs entre 50 e 100 anos e utilizando os seguintes parâmetros: relação a/c, resistência à compressão, consumo mínimo de cimento e cobrimento mínimo. O estudo do efeito do tempo considerou as normas brasileiras e sua probabilidade para cargas acidentais, fluência, retração e variações da resistência à compressão, utilizando VUPs entre 50 e 100 anos. Os resultados de durabilidade foram compilados em uma tabela com parâmetros dimensionais práticos recomendados. Apesar de alguns parâmetros propostos serem superiores ou inferiores aos valores de normas, as diferenças de desempenho foram contabilizadas através de outros parâmetros para manter os níveis de segurança e obter espessuras de cobertura mínimas. As cargas verticais variáveis apresentaram incrementos de 4,29% para 75 anos e 7,22% para 100 anos e a velocidade do vento demonstrou uma variação de 5,08% de aumento aos 75 anos e 9,84% aos 100 anos. A resistência à compressão do concreto, o coeficiente de fluência e a deformação específica de retração não apresentaram variações significativas. FBM: conceituação, análise formal, metodologia, redação; BFT e FLB: curadoria de dados, análise formal.

Palavras-chave: estrututas de concreto; durabilidade; vida útil de projeto

 
Optimized sizing of reinforced concrete structural elements considering the effect of carbonation
Dimensionamento otimizado de elementos estruturais em concreto armado considerando o efeito da carbonatação
  Full Paper (html): Pdf
  Matheus Rocha,Edson Denner Leonel
 

Abstract

The environmental impact of reinforced concrete structures occurs during all phases of the building's life cycle, with emphasis on the stages of extraction and transport of raw materials and concrete production. An effective way to reduce the impact of these structures is to reduce the consumption of materials with the use of optimization techniques. The present study evaluates carbon dioxide emissions of concrete with two different compressive strengths for the region of Chapecó, SC. With these data, the optimization of structural elements was performed aiming to minimize their environmental impact. The carbonation of optimized elements was also evaluated. Among the results, it was observed that concretes with lower strength have better CO2 absorption rates (for the elements analyzed 20MPa concrete absorbed about 90% and 112% more CO2 than 35MPa concrete to columns and beams, respectively). In addition, it was observed that local factors can strongly influence the impacts, with the transport of materials reaching up to 6.4% of total emissions.

Keywords: reinforced concrete; optimization; carbonation; environmental impact; sustainability

  Resumo

O impacto ambiental das estruturas de concreto armado ocorre durante todas as fases do ciclo de vida da edificação, com destaque para as etapas de extração e transporte de matérias-primas e produção de concreto. Uma forma eficiente de reduzir o impacto dessas estruturas é reduzir o consumo de materiais com o uso de técnicas de otimização. O presente estudo avalia as emissões de dióxido de carbono de concreto com duas diferentes resistências à compressão para a região de Chapecó, SC. Com esses dados, foi efetuada a otimização de elementos estruturais visando a minimização de seu impacto ambiental. A carbonatação dos elementos otimizados também foi calculada. Dentre os resultados, observou-se que concretos com menor resistência apresentam melhores taxas de absorção de CO2 (para os elementos analisados o concreto de 20 MPa absorveu aproximadamente 90% e 112% mais CO2 que o concreto de 35 MPa para pilares e vigas, respectivamente). Além disso, observou-se que fatores locais podem influenciar significativamente os impactos, com o transporte atingindo até 6,4% das emissões totais.

Palavras-chave: concreto armado; otimização; carbonatação; impacto ambiental; sustentabilidade

 
On factors affecting probabilistic service life modeling of concrete structures under marine environments
Fatores que afetam a modelagem probabilística da vida útil de estruturas de concreto armado expostas a ambientes marinhos
  Full Paper (html): Pdf
  Gustavo Bosel Wally,Fábio Costa Magalhães,Mauro de Vasconcellos Real,Luiz Carlos Pinto da Silva Filho
 

Abstract

Concrete durability design has received increasing importance recently, with specifications moving from prescriptive to performance based. In performance-based approaches, it is essential to evaluate and calibrate service life models capable of reliably representing the phenomenon that triggers the degradation process. This paper aims to discuss the main concepts related to the probabilistic service life modeling of reinforced concrete structures under chloride environments, considering the application of different prediction models. Through numerical analysis, parametric differences among chloride penetration models are evidenced, and the results, their variability, and the admitted failure conditions are analyzed. An overview of the current scenario of the durability design of concrete structures is presented. Aspects associated with characteristic service life, the definitions of durability limit states, and their respective target failure probabilities are discussed.

Keywords: service life modeling; performance-based approach; durability limit states; probability-based design

  Resumo

O projeto de durabilidade de estruturas de concreto tem ganhado crescente importância nos últimos anos, havendo a transição das especificações prescritivas às baseadas em desempenho. No contexto das abordagens de desempenho, é essencial avaliar e calibrar modelos de previsão de vida útil capazes de representar o fenômeno que desencadeia o processo de degradação. Este artigo visa discutir os principais conceitos relacionados à modelagem da vida útil de estruturas de concreto armado expostas a ambientes ricos em cloretos, considerando a aplicação de diferentes modelos de estimativa da penetração de cloretos no concreto. Através de uma análise numérica, diferenças paramétricas entre os modelos são evidenciadas, bem como são analisados os resultados, suas variabilidades e as condições de falha admitidas. Uma visão geral do atual cenário dos projetos de durabilidade de estruturas de concreto é apresentada. Aspectos associados ao conceito de vida útil característica, às definições de estados limites de durabilidade e suas respectivas probabilidades de falha admissíveis são discutidos.

Palavras-chave: modelagem de vida útil; abordagem baseada em desempenho; estados limite de durabilidade; análise probabilística

 
Optimum design of precast and prestressed beams with focus on CO2 emission reduction
Projeto ótimo de vigas pré-fabricadas e protendidas com foco na redução da emissão de CO2
  Full Paper (html): Pdf
  Matheus Henrique Morato de Moraes,Wanderlei Malaquias Pereira Junior,Sylvia Regina Mesquita de Almeida,Geraldo Magela Gonçalves Filho,Rebeca Freitas Vasconcelos
 

Abstract

Among the main contributors to CO2 emissions on the ozone layer, the construction industry contributes with a significant portion. This emission is generated largely by applying concrete construction systems and their variations. Therefore, it is important to use tools that allow the development of projects which mitigate the effects of harmful gas emissions into the atmosphere. Thus, this study applied an optimization algorithm called Firefly Algorithm (FA) to design precast and prestressed rectangular beams focusing on reducing CO2 emissions in the structural design phase. The Objective Function (OF) was defined as the total weight of CO2 emitted in each construction phase (production, transportation, and placement) and the structural design constraints are based on the design criteria established in ABNT NBR 6118. The problem optimization’s variables are geometric properties and mechanical beam's conditions, where the beam height, beam width, the proportion of height generates prestressing eccentricity, and the proportion of prestressing load were considered as design variables. Ten beams were analyzed, with different loadings, where each of these beams was submitted to the optimization process thirty times. For the proposed conditions, the ten beams had an average CO2 emission of 3282.59 kg, maximum and minimum carbon emission of 3630.52 kg and 2910.67 kg, respectively. The study resulted in a feasibility rate higher than 90%, showing that the optimization tool was efficient in the structural design phase focusing on sustainability. Concerning carbon emission, it is possible to verify a relationship between the increase of emission and the load since element with greater inertia tend to emit a greater amount of CO2. It was also possible to determine a regression between carbon emission and beam load.

Keywords: sustainability; CO2 emission; optimization; precast concrete; prestressed concrete

  Resumo

Entre os principais responsáveis pelas emissões de CO2 na camada de ozônio, a indústria da construção civil contribui com uma parcela significativa. Esta emissão é gerada em grande parte pela aplicação de sistemas de construção em concreto e suas variações. Portanto, é importante o uso de ferramentas que permitam o desenvolvimento de projetos que mitiguem os efeitos das emissões de gases nocivos para a atmosfera. Desse modo, este estudo aplicou um algoritmo de otimização chamado Firefly Algorithm (FA) para projetar vigas retangulares pré-fabricadas e protendidas com foco na redução da emissão de CO2 na fase de projeto estrutural. A Função Objetiva (FO) foi definida como o peso total de CO2 emitido em cada fase de construção (produção, transporte e montagem) e as restrições de projeto estrutural são baseadas nos critérios de projeto estabelecidos na ABNT NBR 6118. As variáveis do problema de otimização tratam de propriedades geométricas e condições mecânicas da viga, onde foram consideradas variáveis de projeto a altura da viga, espessura da viga, a proporção de altura que gera excentricidade de protensão, e a proporção da força de protensão. Foram analisadas dez vigas, com diferentes carregamentos, onde cada uma dessas vigas foi submetida ao processo de otimização trinta vezes. Para as condições propostas, as dez vigas apresentaram uma emissão de CO2 médio de 3282.59 kg, emissão de carbono máximo e mínimo de 3630.52 kg e 2910.67 kg, respectivamente. O estudo resultou em uma taxa de factibilidade superior à 90%, mostrando que a ferramenta de otimização foi eficiente na fase de projeto estrutural com foco na sustentabilidade. Em relação a emissão de carbono, é possível verificar uma relação entre o aumento da emissão e o carregamento visto que peças com maior inércia tendem a emitir uma maior quantidade de CO2. Ainda foi possível determinar uma regressão entre a emissão de carbono e o carregamento da viga.

Palavras-chave: sustentabilidade; emissão de CO2; otimização; concreto pré-fabricado; concreto protendido

 
Feasibility analysis for implementing CO2 curing in a concrete block industry in the São Paulo Region
Análise de viabilidade para implantação de cura com CO2 em uma indústria de blocos de concreto na região de São Paulo
  Full Paper (html): Pdf
  Matheus Nunes Reis,Thiarly Feitosa Afonso de Lavôr,João da Costa Pantoja,José Luís Vital de Brito
 

Abstract

The project feasibility analysis determines whether the project should be carried out from different spheres: strategic, technical, operational, legal, economic-financial, environmental, marketing, political, fiscal, location, among others. These are not excluding analyzes, all aspects must be assessed before implementing a new project or new process. This work will focus on the analysis of the technical feasibility of the innovative project to implement carbonation curing in a concrete block factory in the region of São Paulo. An overview of the CO2 curing process and changing needs is presented, including identifying local CO2 sources and delivering cost, gas consumption for chamber saturation, estimation of CO2 uptake by masonry units during curing, estimation of consumption and monthly cost of CO2, curing chamber changes needs, new equipment acquisition, estimation of cost for retrofit and new installations, potential best definitions on optimal temperature, humidity, and CO2 concentration. International succeeded cases are presented. The study concludes that the technology can be easily implemented in the region, with few changes on a plant production process and on the curing chamber. There would be an increase of 4% to 14% on the block cost depending on the distance to the CO2 supplier. Considering the Brazilian production of concrete blocks, up to 168,780 tons of CO2 per year can be sequestered, this value is equivalent to the CO2 sequestered by 21,100 trees.

Keywords: analysis; feasibility; technical; curing; CO2

 

Resumo

A análise de viabilidade de projetos determina se o projeto deve ou não ser colocado em prática e pode ser realizada a partir de diferentes esferas: estratégica, técnica, operacional, legal, econômico-financeira, ambiental, mercadológica, política, fiscal, localização, entre outras. As referidas análises não são excludentes, por conseguinte, é possível que para um único projeto sejam realizadas todas elas. No entanto, este trabalho terá enfoque na análise da viabilidade técnica do projeto inovador de implementação da cura química com CO2 em fábrica de blocos de concreto na região de São Paulo. Para tanto, será apresentada uma visão geral do processo de cura com CO2 e possíveis modificações para realizá-la na indústria, além da identificação de fontes locais de CO2 e custo de entrega, necessidades de mudanças na câmara de cura, aquisição de novos equipamentos, possíveis melhores definições sobre temperatura ideal, umidade e concentração de CO2. Casos de sucesso internacionais são apresentados. O estudo conclui que a tecnologia pode ser facilmente implantada na região, com poucas mudanças no processo produtivo da planta e na câmara de cura. Dependendo da distância da fábrica ao fornecedor de CO2, poderá haver um aumento de 4% a 14% no custo do bloco. Considerando a produção brasileira de blocos de concreto, até 168.780 toneladas de CO2 por ano podem ser sequestradas, este valor equivale ao sequestro de CO2 realizado por 21.100 árvores.

Palavras-chave: Análise; viabilidade; técnica; cura; CO2

 
Mechanical performance and chloride penetration resistance of concretes with low cement contents
Desempenho mecânico e resistência à penetração de cloretos de concretos com baixo teor de cimento
  Full Paper (html): Pdf
  Taíssa Guedes Cândido,Gibson Rocha Meira,Marco Quattrone,Vanderley Moacyr John
 

Abstract

The concern about the environment has been leading the construction industry to adopt more sustainable practices. The main environmental impact of concrete is related to CO2 emissions coming from cement, particularly from the cement content in concrete. For this reason, this research evaluates the performance of concretes with partial replacement of Portland cement by limestone filler and silica fume. These concretes were proportioned to improve particles’ packing and paste volume optimization. The compressive strength was determined to assess their mechanical performance. Their durability was investigated by capillary absorption and chloride penetration resistance. Results indicate that concretes showed a better efficiency in terms of binder intensity, with values close to the minimum found in literature (5 kg.m-3.MPa-1). It was also observed that even concretes with cement content lower than the minimum recommended by standards showed better performance than regular concretes regarding the chloride’s penetration.

Keywords: ecoefficient concrete; low binder concrete; limestone filler; durability; chloride resistance

  Resumo

A preocupação com o meio ambiente vem impulsionando a indústria da construção civil a adotar práticas mais sustentáveis. Seu maior impacto ambiental está relacionado com a emissão de CO2 do cimento, particularmente do teor de cimento no concreto. Por isto, essa pesquisa avalia o desempenho de concretos com substituição parcial do cimento Portland por fíler calcário e sílica ativa. A dosagem desses concretos foi realizada utilizando conceitos de empacotamento e otimização da pasta. Foi realizado ensaio de resistência à compressão para verificar o desempenho mecânico desses materiais. A durabilidade foi analisada por ensaios de absorção por capilaridade e pela resistência à penetração dos cloretos. Os resultados indicam que os concretos otimizados, apresentaram melhor eficiência segundo o indicador Intensidade Ligante (IL), com valores próximos aos mínimos encontrado na literatura (5 kg.m-3.MPa-1). Foi verificado também que mesmo concretos com consumo de cimento inferior ao recomendado por normas, apresentaram desempenho superior aos concretos convencionais, quanto à penetração de cloretos.

Palavras-chave: concreto sustentável; concretos com baixo teor de cimento; fíler calcário; durabilidade; resistência à cloretos

 
Transportation impact on CO2 emissions of concrete: a case study in Rio Branco/Brazil
Impacto do transporte nas emissões de CO2 do concreto: um estudo de caso em Rio Branco/Brasil
  Full Paper (html): Pdf
  Antonia Alana Lima Pacheco,Lidiane Santana Oliveira,Vanderley Moacyr John,Sérgio Cirelli Angulo
 

Abstract

Due to the scarcity of crystalline massifs in the north of Brazil, concrete producers have been using crushed stone and cement from suppliers located hundreds of kilometers away. In this case, CO2 emissions related to material transportation for concrete production may become significant. Thus, this study aims to analyze the influence of the transportation of the materials in CO2 emissions of ready-mix concrete production in Rio Branco (Acre). Concrete compositions were obtained from a local concrete producer. Brazilian methods of dosage were not applicable due to the high fineness of the regional sand available; the mix designs were adjusted empirically. Two types of cement (CP V-ARI and CP IV) were considered to create the studied scenarios. Transportation distances of the raw materials (cement and aggregates) ranged from 20 km (local sand supplier) to 3,592 km (cement supplier from Sete Lagoas, MG). CO2 emissions to produce concrete (fck of 25 MPa, cement consumption of 426 kg/m3) ranged from 208 kgCO2/m3 to 573 kgCO2/m3. Transportation was responsible for up to 20% of total emissions. The emissions in this study are considerably higher than the national data of concrete production available in the Construction Environmental Performance Information System (Sidac) due to the higher cement consumption and higher transportation distances. Although cement consumption in Acre represents less than 1% of Brazilian consumption, the results reveal the impact of transportation distances in CO2 emissions of concrete in cities that deal with local scarcity.

Keywords: concrete; CO2 emission; transportation; construction materials

  Resumo

Devido à escassez de maciços cristalinos no norte do Brasil, produtores de concreto têm usado pedra britada e cimento de fornecedores localizados a centenas de quilômetros. Nesse caso, as emissões de CO2 relacionadas ao transporte de materiais na produção de concreto podem ser significativas. Assim, este estudo tem como objetivo analisar a influência do transporte dos materiais nas emissões de CO2 da produção de concreto usinado em Rio Branco (Acre). As composições de concreto foram obtidas de um produtor de concreto local. Os métodos brasileiros de dosagem não foram aplicáveis devido à alta finura da areia regional disponível; os traços foram ajustados empiricamente. Dois tipos de cimento (CP V-ARI e CP IV) foram considerados para criar os cenários estudados. As distâncias de transporte das matérias-primas (cimento e agregados) variaram de 20 km (fornecedor local de areia) a 3.592 km (fornecedor de cimento de Sete Lagoas, MG). As emissões de CO2 para a produção de concreto (fck de 25 MPa, consumo de cimento de 426 kg/m3) variaram de 208 kgCO2/m3 a 573 kgCO2/m3. O transporte foi responsável por até 20% do total de emissões. As emissões neste estudo são consideravelmente maiores do que os dados nacional de produção de concreto disponíveis no Sistema de Informação do Desempenho Ambiental da Construção (Sidac) devido ao maior consumo de cimento e maiores distâncias de transporte. Embora o consumo de cimento no Acre represente menos de 1% do consumo brasileiro, os resultados revelam o impacto das distâncias de transporte nas emissões de CO2 do concreto em cidades que lidam com a escassez local.

Palavras-chave: concreto; emissão de CO2; transporte; materiais de construção

 
Reduction of the environmental impacts of reinforced concrete columns by increasing the compressive strength: a life cycle approach
Redução dos impactos ambientais de pilares de concreto armado ao aumentar a resistência à compressão: uma abordagem de ciclo de vida
  Full Paper (html): Pdf
  Bruno Athaíde Bacelar,Thalita Cardoso Dias,Péter Ludvig
 

Abstract

The building industry is one of the greatest environmental impact causers in the planet. Cement is the second most used material in the world and the consumption of concrete ranges between 20 to 30 Gt yearly. This demand for the materials ten ds to increase for the next 100 years. The increase of concrete strength to reduce the material consumption is one of the options proposed in literature to reduce the environmental impacts in building industry. However, few studies have been carried about the actual advantages of this strategy in building production. In this paper, a 15-storey reinforced concrete building was designed with three different concrete grades for its columns: 30 MPa, 40 MPa and 50 MPa. The results for the volume of concrete and the amount of reinforcing steel to produce the columns were used to perform a cradle-to-gate life cycle assessment (LCA) to determine the alternative with less environmental impacts in the production stage. Results indicate an advantage to adopt higher strength concretes in columns to reduce environmental impacts and the consumption of materials. Direct effects of higher strength in concretes made possible to reduce the consumption of concrete by 15%. There was also a significant reduction caused by indirect effects of higher strengths in concrete, with the reducing of steel consumption up to 22%. With the combination of the direct and indirect effects of higher compressive strengths, it was possible to reduce the environmental impacts of reinforced concrete in all categories studied in the LCA.

Keywords: reinforced concrete; life cycle assessment; sustainability; concrete columns

  Resumo

A indústria da construção é uma das maiores causadoras de impactos ambientais do planeta. O cimento é o segundo material mais utilizado no mundo e o consumo de concreto varia entre 20 a 30 Gt por ano. Isto faz com que a demanda pelos materiais apresente uma tendência de aumento durante os próximos 100 anos. O aumento da resistência do concreto para reduzir o consumo de materiais é uma das opções propostas na literatura para reduzir os impactos ambientais na indústria da construção. No entanto, poucos estudos têm sido realizados sobre as vantagens reais desta estratégia na construção de edifícios. Neste artigo, um edifício de concreto armado de 15 andares foi dimensionado com três tipos diferentes de concreto para os pilares: 30 MPa, 40 MPa e 50 MPa. Os resultados para o volume de concreto e a quantidade de aço de armadura para produzir os pilares foram utilizados para realizar uma avaliação do ciclo de vida (ACV) do berço ao portão da fábrica para determinar a alternativa com menos impactos ambientais na fase de produção. Os resultados indicam uma vantagem em adotar concretos de maior resistência em pilares de concreto armado para reduzir os impactos ambientais e o consumo de materiais. Os efeitos diretos da maior resistência dos concretos tornaram possível reduzir o consumo de concreto em 15%. Houve também uma redução significativa causada pelos efeitos indiretos da maior resistência dos concretos, com a redução do consumo de aço até 22%. Com a combinação dos efeitos diretos e indiretos da maior resistência à compressão, foi possível reduzir os impactos ambientais do concreto armado em todas as categorias estudadas na ACV.

Palavras-chave: concreto armado; avaliação do ciclo de vida; sustentabilidade; pilares de concreto armado

 
Analysis of CO2 emissions and waste elimination capacity of different recycling strategies applied in ready-mixed concrete plants
Análise das emissões de CO2 e capacidade de eliminação de resíduos de diferentes estratégias de reciclagem aplicadas em centrais dosadoras de concreto
  Full Paper (html): Pdf
  Luiz de Brito Prado Vieira,Antônio Domingues de Figueiredo,Fabio Cirilo,Vicente Bueno Verdiani,Leonardo Moreira de Lima
 

Abstract

The volume of waste generated by ready-mix concrete (RMC) plants in Brazil is significant. According to Oliveira et al. [1] waste from construction and demolition in Brazil was approximately 45-79 million tons and most of those waste is sent to landfills (79%). This study presents an assessment of the RMC plant waste reduction capacity using 3 different methods: (a) reuse of concrete in the fresh state by using hydration-stabilizing admixtures (HSA); (b) recycling of concrete aggregates by separating the aggregates from the cement paste before the concrete hardens; (c) recycling of hardened concrete as aggregates through the crushing process. Results indicated that concretes with compressive strengths up to 25.0 MPa are more effective in reducing CO2 emission and consequently CO2 footprint when using method (b); if evaluating higher resistance classes, method (a) was the most effective.

Keywords: ready mix concrete waste; CO2 footprint; field test; recycled aggregate; hydration stabilizing admixtures

  Resumo

O volume de resíduos gerados pelas centrais dosadoras de concreto (CDC) no Brasil é expressivo, de acordo com Oliveira et al [1] o resíduo de construção e demolição no Brasil foi de aproximadamente 45-79 milhões de tons e grande parte desse resíduo é enviada para aterros sanitários (79%). Este estudo avalia a capacidade de redução de resíduos da CDC usando 3 diferentes métodos: (a) reaproveitamento do concreto no estado fresco por meio de aditivos estabilizadores de hidratação (AEH); (b) reciclagem dos agregados de concreto separando os agregados da pasta de cimento antes que endureça; (c) reciclagem de concreto endurecido como agregados através do processo de britagem. Resultados apontam que concretos de resistências até 25,0 MPa, são mais efetivos na redução de CO2 e pegada de carbono quando utilizado o método (b), se avaliada classes de resistências maiores, o método (a) foi o mais efetivo.

Palavras-chave: resíduos de concreto usinado; pegada de carbono; teste de campo; agregado reciclado; aditivos estabilizadores de hidratação

 
Assessment of properties of ultra-high performance cementitious composites with glass powder waste
Avaliação das propriedades de compósitos cimentícios de ultra-alto desempenho com resíduos de pó de vidro
  Full Paper (html): Pdf
  Silvete Mari Soares,Taís Oliveira Gonçalves Freitas,Adalberto Oliveira Júnior,Fernanda Giannotti da Silva Ferreira,José Américo Alves Salvador Filho
 

Abstract

Novel developments on concrete technology such as high and ultra-high-performance concrete (HPC and UHPC) are notorious by its high consumption of Portland cement. Supplementary cementitious materials have been used as partial replacement of Portland cement aiming to minimizing clinker content, optimizing the use of binders, reducing CO2 emissions, and increasing durability. Waste glass powder could be an alternative due to its silica-rich nature and wide availability. This work aims to assess the influence Portland cement substitution by finely ground waste glass powder in contents of 10%, 20%, 30% and 50% on physical and mechanical behavior of ultra-high-performance cementitious composites (UHPCC). Results indicates the use of glass powder as substitution up to 50% of Portland cement does not significantly affect the analyzed properties at 28 days.

Keywords: cementitious composite; ultra-high performance; glass powder

  Resumo

Novos desenvolvimentos na tecnologia do concreto, como concretos de alto e ultra-alto desempenho (CAD e UHPC) são notórios não apenas pela elevada resistência mecânica e durabilidade, como também pelo alto consumo de cimento Portland. Materiais cimentícios suplementares têm sido utilizados como substitutos parciais do cimento Portland visando minimizar o consumo de clínquer, otimizando o uso de aglomerantes, reduzindo as emissões de CO2 e aumentando a durabilidade. O pó de vidro residual pode ser uma alternativa viável devido à sua natureza rica em sílica, ampla disponibilidade e baixo custo. Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência da substituição do cimento Portland por pó de vidro residual finamente moído em teores de 10%, 20%, 30% e 50% no comportamento físico e mecânico de compósitos cimentícios de ultra alto desempenho (UHPC). Os resultados indicam que o uso de pó de vidro como substituição de até 50% do cimento Portland não afeta significativamente as propriedades analisadas aos 28 dias.

Palavras-chave: compósito cimentício; ultra-alto desempenho; pó de vidro