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Análise mecânica, térmica e acústica de argamassas com substituição do agregado fino por argila expandida
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-07-27) Fontes, Adna Érica Melo de Sousa; Cabral, Kleber Cavalcanti; http://lattes.cnpq.br/8387906402114241; http://lattes.cnpq.br/2735859676720261; Anjos, Marcos Alyssandro Soares dos; http://lattes.cnpq.br/3904325866154130; Souza, Wendell Rossine Medeiros de
No cenário da Construção Civil, o desempenho mecânico, térmico e acústico das edificações constitui uma temática pertinente para a pesquisa científica, principalmente após a publicação da ABNT NBR 15575:2013, que reúne critérios e exigências a respeito do desempenho de edificações habitacionais. Sob este viés, o objetivo do trabalho consistiu em analisar o comportamento mecânico, térmico e acústico de argamassas de revestimento, utilizando diferentes teores – 10%, 20%, 30%, 40% e 50% – de uma fração fina de argila expandida como substituta parcial do agregado convencional. Para a realização do trabalho, foram determinadas importantes propriedades mecânicas das argamassas, tanto no estado fresco como no estado endurecido. No âmbito do comportamento térmico das argamassas, foram analisadas as condutividades térmicas das mesmas. Além disso, foram confeccionados prismas que simulam a alvenaria de vedação das edificações, a fim de se verificar o isolamento térmico e acústico das argamassas em estudo, com o auxílio de simuladores de incidência e transferência de calor e ruído nas amostras. Os resultados apontam que as argamassas com incorporação de argila expandida não apresentaram impactos negativos nas suas propriedades mecânicas e no que tange ao isolamento acústico. Outrossim, observou-se que o aumento do teor de argila expandida na composição dos traços reduziu a condutividade térmica em até 34,1% e aumentou o potencial de isolamento térmico em até 15,9%, quando comparado o traço sem incorporação de argila expandida com o traço com maior quantidade desse agregado. Desse modo, fica evidente a influência do agregado leve no comportamento térmico das argamassas em estudo, sem comprometer o comportamento mecânico e acústico das mesmas.
Análise térmica e mecânica de argamassas de revestimento com adição de vermiculita expandida em substituição ao agregado
(2018-03-09) Barros, Ilana Maria da Silva; Cabral, Kleber Cavalcanti; Nóbrega, Andreza Kelly Costa; ; ; ; Anjos, Marcos Alyssandro Soares dos; ; Souza, Wendell Rossine Medeiros de;
A busca por materiais de construção que levam a avanços, principalmente quanto ao aspecto de eficiência energética de edifícios, está cada vez mais constante na atualidade. No Brasil, a NBR 15575 (2013) estabelece os padrões mínimossobre a eficiência das edificações no país, trazendo, entre critérios de estabilidade estrutural e vida útil, as diretrizes para obtenção do conforto térmico e acústico e da segurança contra incêndios. Nesse contexto, é crescente o número de pesquisas voltadas a investigar o emprego de agregados leves, como a vermiculita, que possui importantes propriedades, especificamente baixa condutividade térmica e elevada resistência ao fogo. Desse modo, a presente pesquisa buscou avaliar o desempenho térmico de argamassas no traço em volume 1:1:6, com adição de vermiculita expandida em porcentagens definidas de substituição ao agregado miúdo (25%, 50%, 75% e 100%). O procedimento experimental foi iniciado com a caracterização química, mineralógica, microestrutural e térmica da vermiculita, e com a caracterização física desta e da areia constituinte. Foi realizada a análise das propriedades de consistência, retenção de água, absorção por capilaridade, porosidade e resistência mecânica de cada mistura. A fim de determinar a eficiência energética do revestimento, foram realizados ensaios de caracterização térmica. Nos resultados do estado fresco e endurecido constatou-se que as argamassas contendo vermiculita expandida apresentaram maior consumo e retenção de água, menor densidade, redução da resistência mecânica e aumento da absorção por capilaridade e do índice de vazios. Na análise do desempenho térmico, nos sistemas de vedação com tijolos cerâmicos, quaisquer que sejam as argamassas utilizadas, todos atenderam aos requisitos de transmitância térmica exigidos pela NBR 15575 (2013), e apenas a argamassa com 100% de vermiculita não atendeu ao limite de capacidade térmica. No sistema com blocos de concreto, todas foram consideradas adequadas para os limites de capacidade térmica, mas para os de transmitância, apenas as argamassas com 75% e 100% estavam apropriadas. Desse modo, admite-se que a adição de vermiculita expandida resulta em argamassas com bom desempenho térmico, sendo a de 25% a mais indicada para utilização como revestimento por ter sido a que apresentou os melhores resultados termomecânicos.
Avaliação da influência da incorporação de metacaulim e das relações areia/ligantes e água/ligantes nas propriedades de concretos para impressão 3D
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-01-30) Diniz, Hugo Alessandro Almeida; Martinelli, Antonio Eduardo; https://orcid.org/0000-0003-3885-9104; http://lattes.cnpq.br/0022988322449627; http://lattes.cnpq.br/6520068899102152; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; Cabral, Kleber Cavalcanti; Bezerra, Ulisses Targino; Souza, Wendell Rossine Medeiros de
A impressão 3D de concreto (3DCP) é uma técnica de construção baseada na deposição de camadas sucessivas de um compósito cimentício sem a necessidade de fôrmas convencionais. Para aplicação da técnica, o compósito deve possuir a capacidade de passar em um bico de impressão e suportar as sucessivas camadas impressas. Esse método promove uma execução mais rápida e com menos desperdício, porém, existem poucos estudos para entender as habilidades citadas. Nesta perspectiva, o objetivo deste estudo é entender a influência da areia, da água e da incorporação de metacaulim nas capacidades de extrusão e construtibilidade de compósitos cimentícios para impressão 3D. A análise foi baseada em um planejamento estatístico experimental de misturas para aferição do efeito e interação das variáveis: teor de substituição do cimento por metacaulim, relação areia/ligantes e relação água/ligantes. Foram avaliadas 10 misturas através das propriedades de extrusibilidade, construtibilidade, reologia e resistência no estado endurecido. Para auxiliar na análise foram desenvolvidos os ensaios de vazão experimental e de estabilidade dimensional. O fator água/ligantes teve influência preponderante na capacidade de extrusão, sendo o componente responsável pela fluidificação dos materiais. O metacaulim reduziu a capacidade de extrusão, podendo ser utilizado como mecanismo de controle. Porém, a substituição parcial do cimento elevou a deformação pela redução da tixotropia, sendo negativo para a construtibilidade. O metacaulim também promoveu otimização do tempo de aplicação, por retardar a pega. A areia elevou a capacidade construtiva pelo aumento da coesão entre as partículas, porém, reduziu o tempo de aplicação por elevar a evaporação da água de mistura. Houve uma interação significativa entre areia e metacaulim, provocada pela redução do empacotamento, que influenciou na elevação da extrusão e redução da capacidade construtiva. Observou-se também que o processo de impressão e as deformações ocorridas, influenciaram na resistência final do bloco impresso. Ao fim, foi possível compreender o efeito de cada componente, bem como, propor novos ensaios e parâmetros: a relação areia/ ligantes 1:1,5 mostrou-se viável em todas as propriedades analisadas; misturas com 30% de metacaulim apresentaram construtibilidade e extrusão adequadas em maiores teores de água; o fator água/ ligantes abaixo de 0,37 mostrou-se inviável, impedindo a impressão das misturas M3 e M10; a tensão de escoamento máxima para possibilitar a impressão foi de 250 N; o espalhamento mínimo de 161 mm; e a vazão ideal em 20 ml/s.
Avaliação das propriedades elétricas de paredes de alvenaria convencionais na faixa de micro-ondas por um método não-destrutivo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-12-15) Praxedes, Maria Elizabeth Teixeira Santana; Cabral, Kleber Cavalcanti; Pinto, Erica Natasche de Medeiros Gurgel; https://orcid.org/0000-0001-7502-3002; http://lattes.cnpq.br/8387906402114241; http://lattes.cnpq.br/6076490376057428; Vasconcelos, Cristhianne de Fátima Linhares de; http://lattes.cnpq.br/3140725798737102; Souza, Wendell Rossine Medeiros de
As características de propagação de sinais de micro-ondas, como perda de potência e velocidade, em edificações determinam significativamente o desempenho operacional dos dispositivos móveis no interior dos prédios. Essas características são determinadas pelas propriedades elétricas das paredes que compõem as alvenarias dessas edificações. Dessa forma, avaliar a perda de potência provocada pelos principais materiais empregados em alvenaria, bem como as propriedades elétricas destes materiais, é fundamental para o projeto dos enlaces de comunicação sem fio indoor. Nesse sentido, esta pesquisa tem o objetivo de avaliar a atenuação de sinais de micro-ondas e as propriedades elétricas em diferentes materiais utilizados em alvenaria de edificações (blocos cerâmicos, blocos de concreto e paredes de gesso). Para isso, produziu-se três amostras de paredes de cada um desses materiais para fins de caracterização quanto a sua estrutura, organização microestrutural e propriedades elétricas. Foram determinadas a atenuação no sinal sem fio provocada por cada tipo de material, e as propriedades elétricas como permissividade elétrica, eficiência de blindagem e condutividade elétrica a partir de um esquema experimental de medição proposto neste trabalho. Os valores médios para coeficientes de atenuação em função da frequência para a faixa de operação dos principais serviços 5G e de Internet das Coisas (IoT) foram obtidos. Além disso, foi avaliada a dependência da atenuação do sinal sem fio com tipo de material e sua composição e a influência do tipo de revestimento das paredes na atenuação dos sinais. Os resultados indicaram que as paredes de blocos cerâmicos provocaram a maior atenuação do sinal, dentre todos os tipos de alvenaria analisados; enquanto que as paredes de gesso foram as que provocaram as menores atenuação. Quando comparadas as alvenarias de blocos não estruturais, verifica-se que as paredes de blocos de cimento apresentaram atenuações menores, quando comparadas às paredes em blocos cerâmicos. Após a análise das micrografias dos blocos cerâmicos e de cimento, pode-se afirmar que quanto maior o índice de vazios e a porosidade do material que a parede foi fabricada, menor era o valor de sua permissividade elétrica e por consequência menor é atenuação provocada nos sinais sem fio.
Comportamento térmico e mecânico de compósitos cimentícios contendo quitosana para aplicação em poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor
(2019-10-15) Costa, Filipe Johnatan Martins Dantas; Martinelli, Antonio Eduardo; ; ; Ferreira, Evans Paiva da Costa; ; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; ; Oliveira, Petrus D'Amorim Santa Cruz; ; Souza, Wendell Rossine Medeiros de;
A cimentação de poços de petróleo requer pastas que possuam propriedades mecânicas capazes de evitar o surgimento e a propagação de trincas. Poços submetidos à injeção de vapor são considerados críticos devido à elevada temperatura, capaz de causar alterações nas propriedades químicas e físicas dos produtos hidratados de cimento Portland. Falhas na integridade da bainha de cimento aumentam os riscos de impactos ambientais negativos. Os polímeros são capazes de aumentar a interação entre as fases hidratadas, formando filmes em pastas de cimento. A quitosana é um biopolímero e tem sido estudada como aditivo para argamassas e concretos na indústria da construção, atuando como espessante e retardador de pega, capaz de reduzir o volume de poros. O objetivo desse estudo foi avaliar o comportamento térmico e mecânico de compósitos cimentícios contendo quitosana para cimentação de poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor. As formulações contendo até 5% em peso de solução de quitosana foram avaliadas no estado fresco e endurecido. As misturas foram curadas por 14 dias sob diferentes condições. As resistências mecânicas à compressão e à tração foram avaliadas por métodos destrutivos. O módulo de elasticidade foi obtido por ultrassom. As propriedades térmicas foram caracterizadas por análise de fluxo de calor, dilatometria e termogravimetria e a microestrutura foi caracterizada por difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. Os compósitos contendo quitosana apresentaram resistência à compressão melhorada como resultado do aumento da concentração do biopolímero, sendo capaz de absorver até 50% mais energia até a fratura, em comparação com a pasta de referência sem adição de quitosana. A resistência à tração dos compósitos aumentou depois de submetidos à condição de injeção de vapor. O biopolímero diminuiu a desidratação dos silicatos de cálcio hidratados, diminuindo a retração térmica e atribuindo maior estabilidade termogravimétrica as pastas de cimento. A quitosana apresentou potencial aplicabilidade como bio-aditivo, atuando como reforço disperso na matriz de cimento Portland para melhorar o comportamento à fratura de bainhas de cimento de poços de petróleo sujeitos à injeção de vapor.
Dilatometric behavior and crystallographic characterization of Portlandpolyurethane composites for oilwell high-temperature cementing applications
(Elsevier, 2018-10) Martinelli, Antonio Eduardo; Silva, Ítalo Batista da; Souza, Wendell Rossine Medeiros de; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; Rodrigues, Marcos Alysson Felipe
In order to improve the behavior of Portland-based oilwell sheath to high-temperature applications and the corresponding thermal gradients, polymeric admixtures can be added. Steam injection, for instance, raises the cement sheath-steel casing interface temperature to ∼300 °C which can be deleterious to the mechanical stability and zonal isolation provided by the cement sheath as a result of cracking of the cement. Polyurethane can be added to the cement to improve its plastic behavior and reduce the thermal expansion mismatch between casing and sheath. However, the use polymeric admixtures, especially as aqueous dispersion, can affect the kinetics of the hydration reactions and, as a consequence, the crystallographic composition and coefficient of thermal expansion of the material. Therefore, the present study aimed at evaluating the effects of the addition of different concentrations of polyurethane on the thermomechanical properties of Portland cement pastes cured at 300 °C from 14 to 90 days. Formulations containing 1 gpc (0.052 kg), 2 gpc (0.102 kg) and 3 gpc (0.153 kg) of polyurethane, respectively named PU1, PU2 and PU3 were prepared according to the American Petroleum Institute guidelines. A standard PU-free slurry was also prepared. X-ray diffraction and dry dilatometric tests were carried out. The results revealed that the curing time does affect the kinetics of hydration of Portlandpolyurethane composites, retarding the formation of high-temperature stable phases, i.e., tobermorite and xonotlite. Moreover, longer curing times were necessary to reveal the improved expansion of the composites with respect to the standard sample. The addition of polyurethane can be pointed as an approach to high-temperature oilwell cement applications, since it reduces the thermal mismatch between cement sheath and steel casing for and retards but do not prevent the formation of xonotlite
Efeito da adição de fibras como reforço de concreto leve formulado usando múltiplos resíduos
(2019-05-20) Cunha, Fred Guedes; Martinelli, Antonio Eduardo; ; ; Chaves, Leonardo Flamarion Marques; ; Souza, Paulo Alysson Brilhante Faheina de; ; Souza, Wendell Rossine Medeiros de; ; Sampaio, Zodinio Laurisa Monteiro;
A destinação final dos resíduos originários das atividades extrativistas minerais, bem como da indústria de transformação, tem sido motivo de preocupação para os órgãos governamentais do mundo todo que lidam com o meio ambiente. O uso de adições, dos mais variados tipos, em concretos, é um tema bastante estudado por vários pesquisadores que buscam características de redução do consumo de cimento para redução de custos, aumento da durabilidade, aproveitamento de resíduos para redução da poluição ambiental, além do aumento das suas resistências mecânicas. Considerando estes aspectos, torna-se cada vez mais necessária a busca por concretos alternativos que possam agregar esses valores, como também, apresentem baixa massa específica, reduzindo o peso e aumentando a área útil das edificações, através da diminuição dos elementos estruturais. Diante desse quadro, procura-se, neste trabalho, analisar os efeitos da adição de fibras de aço (FA), polipropileno (FPP), vidro (FV) e carbono (FC) em um concreto leve produzido com argila expandida e adição de resíduos de borracha de pneus, pó de calcário e pó do polimento de porcelanato. Para tanto, foram adicionadas as fibras supracitadas, individualmente, ao concreto leve residual em teores de 0,2 %, 0,4 % e 0,6 %, em relação ao volume do material. Um concreto leve residual com resistência à compressão aos 28 dias de 32 MPa foi produzido para servir de referência, sendo analisadas as mudanças características sobre a sua massa específica real, índices de vazios, teor de absorção de água, consistência através da trabalhabilidade, resistência à compressão, resistência à tração na flexão, resistência à fratura e tenacidade. Os resultados indicaram uma diminuição na trabalhabilidade, na resistência à compressão e na massa específica real para todos os concretos investigados, enquanto ocorreram aumentos no índice de vazios, teor de absorção de água e nas resistências aos esforços de flexão e fratura, bem como na tenacidade.
Efeito da adição de Poliuretana (PU) nas propriedades termomecânicas de pastas de Cimento Portland sujeitas a altas temperaturas
(2018-07-27) Silva, Ítalo Batista da; Martinelli, Antonio Eduardo; ; ; Leal, Antônio Farias; ; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; ; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; ; Souza, Wendell Rossine Medeiros de;
Com o intuito de adaptar o cimento Portland para poço a condições de alta temperatura e gradientes térmicos, a aplicação de aditivos de natureza polimérica pode ser uma forma de melhorar seu comportamento termomecânico. O vapor que é normalmente injetado no processo de ciclagem témica fica em torno de 300°C, o que pode danificar a bainha de cimento naturalmente frágil, seja durante injeção ou resfriamento, como resultado da incompatibilidade de expansão térmica entre a bainha de cimento e o revestimento de aço. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito da adição de diferentes concentrações de poliuretana (PU) nas propriedades termomecânicas de pastas de cimento submetidas a temperaturas de até 300°C e pressão de 3kpsi (20,7 MPa). Foram preparadas formulações aditivadas com 1 gpc (0,052 kg), 2 gpc (0,102 kg) and 3 gpc (0,153 kg) de poliuretana, denominadas respectivamente de PU1, PU2 e PU3. Também foi preparada uma pasta padrão (sem PU). As pastas foram curadas por 14 dias , 28 dias e 90 dias, sendo que durante os últimos três dias de cada uma das curas as amostras passaram pelas condições de ciclagem térmica na temperatura de até 300 ºC e pressão de 3 kpsi. As propriedades mecânicas das pastas curadas foram analisadas por resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral, frequência de ressonância para o cálculo do coeficiente de Poisson e ensaio ultrassônico para o cálculo do módulo de elasticidade. As propriedades térmicas foram investigadas através do coeficiente de expansão térmica linear (CET) no ensaio de dilatometria e também por meio do analisador das propriedades térmicas no estudo da capacidade térmica, condutividade térmica e do calor específico nas pastas em todos os tempo de cura. Realizou-se também análise termogravimétrica (TG) para monitorar a variação de massa nas mesmas condições temperatura e taxa de aquecimento da dilatometria. As amostras foram caraterizadas, ainda, por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV - FEG). Os resultados de resistência à compressão e de resistência à tração demonstraram leve redução de valores com adição de poliuretana e com 90 dias de cura o padão de comportamento das composições foi similar ao com 14 e 28 dias. Com 28 dias de cura, as amostras apresentaram bom comportamento elástico, evidenciado pelos valores do módulo de elasticidade e do coeficiente de Poisson, 16,5 GPa e 0,22 (a pasta de referência obteve 17,6 GPa de módulo elástico e Poisson de 0,20). Após 28 e 90 dias, as amostras apresentaram somente elevados picos de xonotlite, fase que confere maior estabilidade ao cimento de acordo com dados da literatura. A presença de poliuretana também afetou o coeficiente de expansão térmica dos materiais no ensaio de dilatometria, uma vez que sua presença diminui a cinética de hidratação das amostras. Dessa forma, os resultados mostraram que as propriedades termomecânicas das formulações aditivadas com PU foram satisfatórios comparados com a pasta padrão, principalmente com 28 e 90 dias de cura, apresentando melhor estabilidade na caracterização cristalográfica e morfológica, no estudo da resistência à compressão e à tração, no comportamento plástico (elástico) e dilatométrico, pois diminuíram a incompatibilidade térmica entre a bainha de cimento e o revestimento de aço. Além disso, reduz o comportamento frágil do cimento, contribuindo de maneira geral para o comportamento termomecânico do material da bainha submetido a altas temperaturas e gradientes.
Efeito da adição de poliuretana na permeabilidade de pastas leves com incorporador de ar
(2017-12-20) Santos, Herculana Torres dos; Martinelli, Antonio Eduardo; ; ; Marinho, Erika Pinto; ; Freitas, Júlio Cézar de Oliveira; ; Balaban, Rosângela de Carvalho; ; Souza, Wendell Rossine Medeiros de;
A cimentação tem o objetivo de vedar zonas permeáveis e fornecer suporte para a coluna de revestimento. Zonas de interesse depletadas ou com baixa pressão de fratura requerem pastas cimentantes de baixa densidade. A obtenção das pastas leves é realizada através da incorporação de ar pelo uso do aditivo incorporador de ar (IAR) e sua aplicação contribui para a formação de poros fechados incorporados em toda extensão da pasta de cimento. A poliuretana (PU) apresenta excelentes resultados de controle de filtrado, água livre, permeabilidade e porosidade, contribuindo para a redução da migração de gás através da bainha de cimento. O objetivo geral desta tese é avaliar o efeito da adição de poliuretana na permeabilidade de pastas leves com incorporador de ar. As concentrações do incorporador escolhidas partiram da sugestão do fabricante. A partir de uma densidade calculada de 1,87 g/cm3 (15,6 lb/gal) para uma pasta padrão, pastas com incorporador de ar e poliuretana foram preparadas. O planejamento experimental utilizado foi o fatorial completo 32 , em que foi previamente realizado para melhor avaliação dos efeitos dos aditivos usados. Ensaios de densidade, estabilidade, resistência mecânica e permeabilidade foram realizados conforme as exigências do American Petroleum Institute (API) e da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Foi observada uma redução da densidade da pasta com o aumento da concentração de incorporador de ar. A resistência à compressão diminuiu com a incorporação de ar, fato que já era esperado devido à formação de poros, mas os valores são compatíveis com pastas leves. Os ensaios de permeabilidade foram satisfatórios, apresentando valores, abaixo de 0,1 mD para 28 dias de cura. Concluiu-se que é viável o uso de incorporador de ar juntamente com a poliuretana em pastas leves de cimento para poço de petróleo e que é possível obter resultados coerentes com baixa permeabilidade e boa resistência à compressão para as condições de formações com baixo gradiente de fratura.
Efeito da hidroxipropilmetilcelulose em argamassas leves térmicas à base de vermiculita expandida
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-11-01) Nascimento, Raquel Ferreira do; Cabral, Kleber Cavalcanti; Lucena, Luciana de Figueiredo Lopes; 79819338468; http://lattes.cnpq.br/5893551656862490; http://lattes.cnpq.br/8387906402114241; http://lattes.cnpq.br/1446468062587290; Anjos, Marcos Alyssandro Soares dos; http://lattes.cnpq.br/3904325866154130; Souza, Wendell Rossine Medeiros de; http://lattes.cnpq.br/0678970930963155
Materiais cimentícios isolantes e de baixa densidade têm sido cada vez mais estudados visando a melhoria das condições de isolamento térmico em edificações e a possibilidade de redução do peso das construções. Uma das formas de desenvolver esse tipo de material é através da utilização de agregados leves ou aditivos que permitem, de forma direta ou indireta, a incorporação de ar. Dessa forma, o presente estudo tem como objetivo verificar a influência da utilização da hidroxipropilmetilcelulose (HMPC) nas propriedades térmicas e mecânicas de argamassas leves de revestimento à base de vermiculita expandida, com substituição da areia pelo agregado leve nas proporções de 0%, 20%, 40%, 60%, 80% e 100%, para conjuntos de argamassas com e sem HPMC, sendo o aditivo utilizado na proporção de 0,2% em relação a massa do cimento. Para a determinação das propriedades do estado fresco e endurecido das argamassas realizou-se os ensaios de resistência à compressão, à tração na flexão, à tração por aderência, absorção de água por imersão, densidade de massa, módulo de elasticidade e perda de água por evaporação. O desempenho térmico foi obtido através do método simplificado da NBR 15575-3 (ABNT, 2013) e por meio de um simulador. Os resultados indicam que a incorporação da HPMC provoca um aumento no índice de vazios do material, promovendo uma redução na resistência mecânica e no módulo de elasticidade. Tal fato não se constitui em um empecilho à sua utilização, pois, para uma argamassa de revestimento é importante que haja flexibilidade a fim de que se adquira maior possibilidade de absorver deformações. Nota-se ainda que a incorporação de HPMC produz uma argamassa de menor densidade de massa, refletindo em um material mais leve e com elevada capacidade de isolamento térmico, de tal maneira que a composição de 100% de vermiculita chega a isolar aproximadamente 20ºC, enquanto o sistema completo (argamassa+tijolo+argamassa) isola aproximadamente 43ºC, valores esses maiores quando comparados com a argamassa sem HPMC. Assim, conclui-se que a incorporação de HPMC possibilita um aumento no isolamento térmico em argamassas leves à base de vermiculita, em decorrência do aumento do índice de vazios proporcionado pela utilização do aditivo, influenciando diretamente nas propriedades mecânicas do material.
Efeitos das elevadas temperaturas em concretos autoadensáveis com altos teores de resíduo da biomassa da cana-de-açúcar e metacaulim
(2019-07-29) Mello, Larissa Cavalcante de Araújo; Anjos, Marcos Alyssandro Soares dos; Almeida, Maria das Vitorias Vieira; ; ; ; Lucena, Luciana de Figueiredo Lopes; ; Souza, Wendell Rossine Medeiros de;
Os finos adicionados ao concreto autoadensável (CAA) como alternativa de diminuir o alto teor de cimento contribuem para tornar o CAA um compósito sustentável tendo em vista a minimização da produção de CO2 pela indústria cimentícia. Além disso, as adições minerais podem proporcionar melhorias nas propriedades mecânicas e de durabilidade do concreto. Um dos parâmetros de durabilidade é o comportamento do material frente às situações extremas como quando submetidos às elevadas temperaturas, equiparadas às atingidas em um incêndio. Nesta situação, a diminuição da resistência e do módulo de elasticidade, alterações na coloração e porosidade, além do efeito spalling, podem ocorrer no concreto em virtude da perda de água e de alterações microestruturais. Neste contexto, o presente estudo tem como objetivo avaliar o comportamento em altas temperaturas de concretos autoadensáveis com elevados teores de resíduo da biomassa da cana-de-açúcar (RBC) e metacaulim (MK). Para tal, houve substituição do cimento de 30% a 50% pelas adições minerais. No estado fresco, as propriedades foram avaliadas comprovando a trabalhabilidade dos concretos confeccionados. No estado endurecido, as amostras foram avaliadas a temperatura ambiente, 200°C, 400°C, 600°C e 800°C e analisadas quanto à inspeção tátil-visual, perda de massa, resistência à compressão, velocidade do pulso ultrassônico, absorção de água por imersão, índice de vazios, massa específica, absorção por capilaridade e difração por raios-X. Os resultados mostraram que CAAs com até 40% de adições minerais são menos sensíveis às alterações devido a altas temperaturas e que a maior inserção de metacaulim os deixam mais sensíveis. Outrossim, mudanças de fase são visualizadas e o alto teor de adições minerais consome o Ca (OH)2 do meio, formando gismondina e margarite.
Estudo da potencialidade do arisco na produção de tijolos maciços estabilizados com cimento Portland e teores de carago, cal hidratada e metacaulim
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-05-17) Araújo, Tatiane Milene de; Acchar, Wilson; Silva, Vamberto Monteiro da; http://lattes.cnpq.br/1149193574837945; Freitas Neto, Osvaldo de; https://orcid.org/0000-0001-9488-4123; http://lattes.cnpq.br/6335708403185496; Souza, Wendell Rossine Medeiros de
A construção civil representa um dos setores da economia que mais contribui para a degradação do meio ambiente, no entanto, também, apresenta uma elevada potencialidade para a aplicação de novos materiais que agreguem parâmetros do desenvolvimento sustentável, como funcionalidade e sustentabilidade. Por este motivo, esta pesquisa busca estudar um material ecológico, isto é, um tijolo maciço de arisco, solo predominantemente, arenoso com pequena fração de argila, com teores de cimento e a incorporação de outros componentes, visando a substituição parcial do cimento Portland, insumo de elevado custo energético e gerador de dióxido de carbono, por resíduo da salinização, como o carago ou aglomerante como cal hidratada, ou aditivo pozolânico como metacaulim. Foram produzidos 48 tijolos com variações de substituições. Sendo elas 5% de carago + 5% de cimento + 90% de arisco, 5% de cal hidratada + 5% de cimento + 90% de arisco, 10% de cimento + 90% de arisco, 2,5% de carago + 2,5% de metacaulim + 5% de cimento + 90% de arisco. Na etapa inicial foi realizada a caracterização do arisco, além de ensaios de DRX e FRX das matérias primas e análise termogravimétrica do carago. Após a fabricação do tijolo, as propriedades físicas e mecânicas foram avaliadas, por meio da resistência à compressão, a absorção de água e durabilidade. Concluída essa etapa, amostras retiradas do rompimento dos tijolos foram submetidas aos ensaios microestruturais como, DRX e MEV, objetivando entender os mecanismos de interação entre os constituintes das misturas analisadas. Finalmente, constatou-se que a composição de referência atingiu a maior resistência mecânica, enquanto a mistura que utilizou somente carago apresentou maior absorção de água e aquela que incluiu carago e metacaulim teve a mais elevada perda de massa. As misturas se comportaram dentro das exigências das normas técnicas brasileiras e poderão ser utilizadas em alvenaria não estrutural.
Estudo das propriedades físicas e mecânicas das espécies Mimosa Tenuiflora e Aspidosperma Piryfolium nativas do bioma Caatinga para uso na construção civil
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-08-25) Alves, Maria de Lourdes Xavier de França Neta; Cabral, Kleber Cavalcanti; Pinto, Edna Moura; https://orcid.org/0000-0002-2863-385X; http://lattes.cnpq.br/3789406301829141; https://orcid.org/0000-0001-7502-3002; http://lattes.cnpq.br/8387906402114241; http://lattes.cnpq.br/1032661776826278; Anjos, Marcos Alyssandro Soares dos; Souza, Wendell Rossine Medeiros de
O setor da construção civil tem buscado continuamente materiais que possuam um menor impacto no ambiente construído, por essa razão o uso da madeira tem se tornado atrativa por ser um material natural e renovável. O conhecimento das propriedades físicas e mecânicas são imprescindíveis para classificar novas espécies e indicar o seu uso componente construtivo. Na região Nordeste do Brasil, o bioma Caatinga é destaque por sua biodiversidade como o único bioma totalmente nacional. Entretanto, as propriedades físicas e mecânicas das espécies locais são pouco conhecidas e investigadas e por isso sua aplicação se torna limitada, sendo comumente empregada para fins energéticos. Com isso, o estudo busca caracterizar as espécies Mimosa Tenuiflora e Aspidosperma Piryfolium nativas do bioma Caatinga e indicar potenciais usos na construção civil. Foram realizados ensaios físicos para determinação da umidade (U), densidade (ρ𝑏𝑎𝑠), densidade aparente (ρ𝑎𝑝), estabilidade dimensional (𝜀𝑟 , 𝜀𝑖 , ΔV) e condutividade térmica; ensaios mecânicos de compressão paralela às fibras (fc0), cisalhamento paralelo e perpendicular (fv0, fv90), tração paralela e perpendicular às fibras (ft0, ft90), dureza Janka paralela e perpendicular (fH0, fH90), flexão estática (fM0) e ensaios de módulo de elasticidade por métodos não-destrutivos por ultrassom, ondas de tensão e excitação longitudinal e flexional. Utilizou-se o teste Shapiro-Wilk e a correlação de Pearson entre propriedades físicas e mecânicas. A indicação de aplicações da espécie foi realizada por meio da classificação propostas pelo IPT (2013) e IPT/SUDAM (1981), utilizando os critérios de Nahuz (1974) e Nogueira (1991). Os resultados apresentam a espécie Mimosa Tenuiflora com 13 correlações e a Aspidosperma Piryfolium com 19 correlações entre propriedades físicas e mecânicas. Ambas as espécies possuem propriedades equivalentes as espécies comercializadas para uso construtivo.
Estudo do desempenho térmico e mecânico em argamassas de revestimento com substituição do agregado natural pela vermiculita expandida
(2019-12-09) Guilherme, Deize Daiane Pinto; Cabral, Kleber Cavalcanti; ; ; Lucena, Luciana de Figueiredo Lopes; ; Souza, Wendell Rossine Medeiros de;
O interesse do desempenho térmico das edificações está cada vez mais frequente, devido às exigências dos usuários e melhorias na fiscalização das normas de desempenho, que estabelecem os critérios mínimos de eficiência de uma edificação. Destacam-se as cobranças relacionadas ao comportamento térmico, pois causam impactos na construção, no meio ambiente e afeta o conforto e os custos aos usuários. Uma alternativa para solucionar esta problemática é a alteração dos materiais constituintes dos sistemas construtivos, como por exemplo, a utilização de agregados leves e com potencial de isolamento térmico. Diante deste contexto, o objetivo do presente trabalho é analisar o desempenho térmico e mecânico de argamassas de revestimento com substituições do agregado natural pela vermiculita expandida. O procedimento experimental iniciou com a caracterização dos materiais e a produção das argamassas com o traço em volume 1:1:6 (cimento: cal: areia) com substituições de 25, 30, 35, 40, 45 e 50% da areia natural pela vermiculita expandida, e em seguida ensaios no estado fresco (consistência, densidade e retenção de água), no estado endurecido (densidade, resistência à tração e compressão, módulo de elasticidade, absorção por capilaridade e por imersão e resistência de aderência) e por fim, os ensaios térmicos, com o aparelho KD- 2Pro e o desempenho térmico, através de um protótipo simulando a incidência de calor em uma parede. Os resultados mostram que a trabalhabilidade foi melhorada de acordo com a incorporação da vermiculita expandida, a densidade no estado fresco e endurecido foi reduzida, a resistência à compressão apresentou redução pouco significativa, o índice de vazios e a resistência de aderência aumentaram. Todos os sistemas de vedação com tijolos cerâmicos revestidos pelas argamassas em análise atenderam aos requisitos estabelecidos pela NBR 15575 (ANBT, 2013). O desempenho térmico avaliado pelo protótipo mostrou melhoria no isolamento térmico de acordo com a incorporação da vermiculita expandida, obtendo resultados mais significativos para as argamassas com 45 e 50% de substituição, que chegaram a isolar 34°C e 40°C, respectivamente. Portanto, o incremento da vermiculita expandida em argamassas de cimento é capaz de beneficiar o isolamento térmico sem gerar grandes danos nas demais propriedades das argamassas, tornando um produto com bom desempenho térmico e mecânico.
Influência do teor de hidroxipropilmetilcelulose nas propriedades mecânicas e térmicas de argamassas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-05-26) Batista, Isla Licely Rodrigues; Cabral, Kleber Cavalcanti; Souza, Wendell Rossine Medeiros de; http://lattes.cnpq.br/1935383443804607; Pinto, Erica Natasche de Medeiros Gurgel; Anjos, Marcos Alyssandro Soares dos
A aplicação de materiais isolantes na construção civil é uma estratégia inteligente que promove eficiência energética, reduzindo o consumo de energia ao proporcionar uma melhor retenção térmica nos ambientes, tornando-os mais confortáveis e economizando recursos. Busca-se melhorar o desempenho térmico principalmente pelo uso de técnicas para manutenção das temperaturas internas por meio dos materiais cimentícios com o uso de aditivos adquirem propriedades isolantes. Assim sendo, o presente estudo tem como objetivo observar a influência da utilização da hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) nas propriedades térmicas e mecânicas das argamassas de revestimento. Para tanto cinco concentrações do produto foram analisadas (0,015%, 0,030%, 0,045%, 0,060%, 0,090%) e comparadas com traço referência. Para determinar as propriedades do estado fresco e endurecido das argamassas realizou-se ensaios de resistência à compressão, à tração na flexão, à flexão por aderência, absorção de água por imersão, densidade de massa, módulo de elasticidade e perda de água por evaporação. O desempenho térmico foi determinado por meio de um simulador. Os resultados apontam que o uso da HPMC permite obter um material mais leve com redução de 11,76% do seu peso devido à alta porosidade provocada pelo aditivo, este alto índice de vazios contribui para o isolamento térmico diminuindo a condutividade do material em até 30% enquanto o fluxo de calor permanece fixo em aproximadamente 49 W, a resistência à passagem do calor através da placa varia de acordo com o acréscimo de HPMC, a maior incorporação do aditivo apresenta 32,6% mais resistência térmica que o traço referência.
Modelagem computacional para análise de elementos estruturais utilizando compósitos cimentícios na impressão 3D
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-06-07) Nóbrega, Anna Christinna Secundo Lopes; Martinelli, Antônio Eduardo; https://orcid.org/0000-0003-3885-9104; http://lattes.cnpq.br/0022988322449627; http://lattes.cnpq.br/2037302605078322; Silva Filho, José Neres da; http://lattes.cnpq.br/0915972389480304; Cabral, Kleber Cavalcanti; Bezerra, Ulisses Targino; Souza, Wendell Rossine Medeiros de
A indústria da construção civil vem incorporando a impressão 3D como uma tecnologia inovadora. Porém, ainda existem desafios envolvendo a complexidade dos parâmetros necessários, como as características geométricas, a resistência e a rigidez dos objetos impressos. Desta forma, este estudo propõe uma nova modelagem computacional tridimensional para dimensionamento de estruturas impressas em 3D. O modelo é baseado na não linearidade física do material e na não linearidade geométrica da estrutura. Ele consiste na reprodução numérica de um ensaio experimental utilizando elementos finitos, e leva em consideração a evolução das propriedades do material com o tempo por meio de fases construtivas. A velocidade de impressão é de 60 mm/s e o intervalo de tempo entre camadas de 11 s. Aliado a isso, também é proposto um modelo analítico para verificar o tipo de falha do elemento estrutural – colapso plástico ou flambagem. Os resultados obtidos revelaram boa concordância com os de testes experimentais e formulação teórica consolidada, sendo as diferenças entre os métodos computacionais e teóricos de 0,58% a 3,38% para diferentes taxas de construção. Em termos de tensão normal vertical na base das paredes, a variação percentual máxima entre os modelos é de 5,22%, e em termos de deslocamentos verticais, as variações são menores que 1 mm em valores absolutos. O modelo computacional conseguiu prever com sucesso o momento de ruptura da estrutura e o modelo analítico revelou corretamente o tipo de falha. As análises paramétricas mostraram que o modelo proposto é uma ferramenta acessível, eficaz e precisa para revelar os efeitos da velocidade de impressão, das propriedades do material e da geometria da estrutura no processo de impressão.
Numerical simulation of the thermomechanical behavior of cement sheath in wells subjected to steam injection
(Elsevier, 2018-08) Martinelli, Antonio Eduardo; Souza, Wendell Rossine Medeiros de; Bouaanani, Najib; Bezerra, Ulisses Targino
The exposure of oil wells to extreme conditions may lead to numerous problems associated with the loss of integrity of the cement sheath. A damaged cement sheath may result in fluid leakage and in some cases cause significant economic loss and environmental degradation. Thermal recovery processes are common techniques used to enhance oil recovery by submitting the materials to severe temperature gradients. However, this heating process induces thermomechanical stresses in the cement sheath which may lead to its cracking. This paper investigates the effects of cement slurry formulation on the thermomechanical behavior of cement sheath in wells subjected to the first heating phase of steam injection. For this purpose, three types of cement slurry formulations, one standard and two others with latex additions, were designed, mixed and tested in the laboratory to evaluate their mechanical properties. An axisymmetric finite element model was then developed and used to conduct a parametric study to investigate the thermomechanical response of oil wells with cement sheaths made of the various cement slurries, as well as the influence of applied temperature gradients, heating durations and formation stiffness. The results mainly show that issues of cement sheath integrity under steam injection are generally localized in the region near the formation, and that they are closely related to the heating phase of the well. It is also found that combining the use of a more flexible and expansive cement slurry formulation with the slow application of temperature gradient generally improves cement sheath integrity during steam injection. These beneficial effects were shown to be more effective for stiffer rock formation and larger applied temperature gradients
Reutilização de resíduos de serraria como matéria prima para fabricação de material compósito de isolação térmica
(Revista Iberoamericana de Polímeros, 2020-03) Viana, Herbert Ricardo Garcia; Moura, Ingrid Rebouças de; Silva, Geovanne Lopes Cruz da; Almeida, José Carlos Gomes de; Costa, Emerson Bruno da; Souza, Wendell Rossine Medeiros de
O setor de construção civil é responsável por cerca de 30% do volume total de resíduos, quando acrescido a esse percentual restos de serraria proveniente apenas da fase de execução estrutural de uma obra, alcança-se a marca de 42%. Visando garantir essa reinserção da madeira em um novo ciclo de vida, o presente artigo buscou promover um estudo de reutilização desses resíduos. O objetivo é produzir um material que atue como isolante térmico, com materiais de baixo custo que possa ser reproduzido e comercializado. Foram fabricados dois diferentes compósitos, um com pó de madeira e outro com pó e raspas de madeira, adquiridas de uma serraria do interior potiguar. Para caracterização do material, foram realizados ensaios térmicos para verificação da variação de temperatura (∆T) das placas de madeira, simulando o uso do material como revestimento interno e externo, utilizando como referência placas de concreto. A partir dos resultados obtidos nos ensaios, foi visto que as placas de madeira possuíam propriedades excelentes de isolação térmica
Simulação numérica do comportamento mecânico da bainha de cimento em estado confinado em poços submetidos à injeção cíclica de vapor
(2017-05-30) Souza, Wendell Rossine Medeiros de; Martinelli, Antonio Eduardo; http://lattes.cnpq.br/0022988322449627; http://lattes.cnpq.br/0678970930963155; Nóbrega, Ana Cecilia Vieira da; http://lattes.cnpq.br/3109732203611868; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; http://lattes.cnpq.br/5453593230706116; Dutra Júnior, Tarcilio Viana; http://lattes.cnpq.br/8753782475740001; Bezerra, Ulisses Targino
A exposição dos poços de petróleo a condições extremas os tem levado a inúmeros problemas de integridade, mesmo quando projetados adequadamente. O uso de técnicas de recuperação, tal como a injeção cíclica de vapor, submete os materiais a variações de temperatura severas reduzindo a vida útil do poço; ainda, podendo levar à falha do revestimento metálico e da bainha de cimento. A perda da integridade da bainha de cimento pode acarretar no vazamento dos fluidos presentes na formação e, em alguns casos, ocasionando significantes prejuízos ambientais e econômicos. No caso de poços sujeitos à injeção cíclica de vapor, a resistência, a flexibilidade e as propriedades térmicas têm sido apontadas como chave do problema. Neste trabalho, as análises termomecânicas foram realizadas utilizando o método dos elementos finitos em modo transiente. O revestimento metálico, a bainha de cimento e a formação foram modelados utilizando-se um modelo 2D axissimétrico com elementos quadriláteros de 8 nós. Foi analisado o comportamento mecânico de bainha de cimento, sendo três formulações de pastas estudadas: pasta de referência e mais duas aditivadas com látex em concentrações de 125 e 250 ml/kg de cimento. A influência da espessura da bainha de cimento e a taxa de aquecimento foram observadas como também seis diferentes valores de coeficientes de expansão térmica para pasta de cimento. Foram analisados gradientes de temperaturas distintos de 150 oC, 200 oC, 250 oC, 300 oC e 350 oC, típicas temperaturas encontradas no processo de injeção de vapor, bem como em meio a formações com vários níveis de rigidez. O estudo evidenciou que um dos problemas da integridade da bainha de cimento devido a injeção de vapor está associado a fase de aquecimento do poço e localizado na região da bainha próximo à formação. Foi constatado que vincular o emprego da formulação mais flexível e expansiva a uma aplicação do gradiente de temperatura de modo mais lento, pode prevenir o surgimento de danos na bainha de cimento evitando manobras de recimentação. Tal procedimento se mostrou eficaz para meios rochosos mais rígidos bem como para temperaturas alvo mais elevadas.

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