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Título: Avaliação da viabilidade técnica do uso de cavacos metálicos em concretos para pavimentos rígidos
Título(s) alternativo(s): Technical feasibility of the use of lathe steel scrap in Portland cement concrete for rigid pavements
Autor(es): Hansen, Nicole
Orientador(es): Domingos, Matheus David Inocente
Palavras-chave: Concreto - Aditivos
Pavimentos de concreto
Concreto - Propriedades mecânicas
Concreto - Testes
Resíduos industriais
Construção sustentável
Concrete - Aditives
Pavements, Concrete
Concrete - Mechanical properties
Concrete - Testing
Factory and trade waste
Sustainable construction
Data do documento: 6-Ago-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: HANSEN, Nicole. Avaliação da viabilidade técnica do uso de cavacos metálicos em concretos para pavimentos rígidos. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: O concreto convencional apresenta deficiências como baixas resistências à tração e à flexão, sendo estas propriedades fundamentais para concretos empregados em pavimentos rígidos devido às solicitações das cargas do tráfego. Em vista disso, o cavaco metálico torna-se uma opção para adição no concreto destinado à pavimentação, uma vez que este material apresenta comportamento semelhante às fibras, reduz a propagação de fissuras e aumenta as resistências à tração e à flexão. Este resíduo também possui benefícios ambientais, permite a redução de custos associados à produção do concreto devido ao baixo custo e confere uma destinação sustentável e correta, além da ausência da necessidade de limpeza prévia. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo principal avaliar a viabilidade técnica do uso de cavacos metálicos em concretos para pavimentos rígidos, considerando diferentes teores de adição e de substituição do agregado miúdo pelo resíduo. Foram selecionados dois tipos de uso do cavaco nesta pesquisa: adição do material (teores volumétricos de 0,0%, 1,0%, 1,5% e 2,0%) e substituição parcial do agregado miúdo (teores de 0%, 10%, 20% e 30%, em massa). Foram verificados os efeitos desta incorporação nas propriedades mecânicas e físicas do concreto, incluindo resistências à compressão, tração e flexão, módulos de elasticidade estático e dinâmico, índice de vazios, massa específica, absorção de água e absorção de água por capilaridade. Com o propósito de determinar eventuais diferenças estatisticamente significativas entre os traços de incorporação a análise ANOVA assim como teste de Tukey foram realizados. Os resultados indicam que a incorporação de cavacos metálicos ao concreto afeta significativamente suas propriedades mecânicas e físicas. A resistência à compressão não variou expressivamente para as adições de cavaco metálico, mas houve uma redução para a substituição de 30% do agregado miúdo. Por outro lado, a trabalhabilidade reduziu proporcionalmente ao teor de incorporação do resíduo. A resistência à tração não foi favorecida pela incorporação do cavaco metálico, atingindo uma redução para os teores de adição de 1,0% e 2,0%; no caso dos outros traços, esta propriedade não sofreu alterações. Já na resistência à flexão, os melhores desempenhos foram observados na substituição de 10% do agregado miúdo por cavaco metálico. Apesar disso, todos os teores de incorporação resultaram em melhorias nas resistências residuais em comparação ao concreto convencional. Os módulos de elasticidade estático e dinâmico reduziram consideravelmente para todos os teores analisados. O índice de vazios aumentou significativamente nos traços de substituição, o que influenciou diretamente a massa específica e a absorção de água do concreto, enquanto que para os traços de adição não houve variações. A massa específica apenas foi alterada significativamente com a substituição de 30% do agregado miúdo, reduzindo essa propriedade. A absorção de água, entretanto, aumentou para todos os traços estudados. A absorção de água por capilaridade, por outro lado, reduziu para todos os teores estudados. Com base nos critérios técnicos para pavimentos rígidos, nenhum dos traços estudados cumpriu todos os parâmetros exigidos, indicando a necessidade de ajustes na formulação para viabilizar seu uso.
Abstract: Ordinary Portland cement concrete depicts limitations such as low tensile strength and flexural strength. Both resistances are essential to concretes used in rigid pavements due to the repetitive traffic loads. With this in mind, lathe steel scrap becomes an interesting modifier to be added to the reference concrete for paving applications, once it behaves essentially similar to fibers, reduces crack propagation and increases flexural and tensile strength values. This residue also shows environmental benefits, reduces concrete production costs, yields a sustainable and correct destination and does not demand previous washing and cleaning. In this manner, the main goal of the present research study is to evaluate the technical feasibility of the use of lathe steel scrap in concretes for rigid pavements. Different contents for this residue were considered and two approaches were followed here: direct addition (volumetric contents of 0.0, 1.0, 1.5 and 2.0%) and partial replacement of the fine aggregate (contents of 0%, 10%, 20% and 30% by mass). The effects of these uses of lathe steel scrap on the physical and mechanical properties of the concrete were examined, including compressive, tensile, and flexural strengths, static and dynamic modulus of elasticity, void index, specific mass, water absorption, and capillary water absorption. To determine any statistically significant differences between the incorporation mixtures, ANOVA analysis as well as the Tukey’s test were performed. The results indicate that lathe steel scrap incorporation significantly influences the mechanical and physical properties of the base concrete. Compressive strength did not considerably change for all contents, but it decreased for 30% fine aggregate replacement. On the other hand, workability diminished proportionally to the incorporation rate. Tensile strength did not show benefits after the addition of this residue, since it showed reductions for the addition contents of 1.0% and 2.0%. Other mixtures remained unchanged in terms of this mechanical property. The best flexural strength results were observed for 10% fine aggregate replacement, even though all incorporation levels improved residual strength when compared with the reference concrete. Static and dynamic moduli of elasticity depicted considerable reductions in all the studied mixtures. The void index significantly increased in the mixtures with replacement of conventional aggregates by the residue, thus directly affecting specific mass and water absorption. However, no variations were observed in the mixtures with simple addition of lathe steel scrap. Specific mass was significantly reduced only for the replacement content of 30%. Water absorption increased and capillary water absorption decreased for all mixtures. Based on technical criteria for rigid pavements, none of the studied mixtures fully met the required parameters, indicating the need for adjustments in mix design to ensure practical feasibility.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38857
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