Abstract in Portuguese:

Resumo O Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) tem se mostrado uma solução eficiente para aumentar a tenacidade, ductilidade e durabilidade de elementos estruturais de concreto. A modelagem numérica do CRFA permite uma avaliação precisa do seu comportamento estrutural, mas ainda enfrenta desafios, especialmente na representação de seu comportamento não linear. Este trabalho apresenta um modelo numérico desenvolvido para simular o comportamento de elementos unidimensionais de CRFA longitudinalmente armados e submetidos à flexão simples. Implementado em Python, o modelo é baseado na teoria das vigas de Euler-Bernoulli, utilizando o Método dos Elementos Finitos com rigidez equivalente e resolvido pelo método de Newton-Raphson com incrementos de deslocamento. As propriedades dos materiais utilizadas no modelo foram obtidas diretamente de caracterizações experimentais disponíveis na literatura, sem necessidade de ajustes via análise inversa. Foram simuladas duas vigas experimentais (55A+R e 55B+R), reforçadas com diferentes tipos de fibras de aço, e os resultados numéricos de força versus deslocamento foram comparados com os dados experimentais. O modelo apresentou boa concordância tanto nas fases linear quanto pós-pico, com erros percentuais absolutos médios inferiores a 11% nas fases iniciais e inferiores a 10% na fase pós-pico, mantendo-se dentro do envelope experimental. As maiores discrepâncias ocorreram no início da não linearidade, atribuídas à ausência de modelagem da propagação discreta de fissuras e às limitações do modelo constitutivo. Os resultados indicam que o modelo proposto representa de forma eficaz o comportamento do CRFA, com precisão satisfatória e sem necessidade de ajustes iterativos complexos nos parâmetros constitutivos.

Abstract in English:

Abstract Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) has become an efficient solution to enhance the toughness, ductility, and durability of structural concrete elements. Numerical modeling of SFRC enables accurate assessment of its structural behavior but still faces challenges, especially in representing its nonlinear behavior. This paper presents a numerical model developed to simulate the behavior of one-dimensional SFRC elements longitudinally and subjected to pure bending. Implemented in Python, the model based on Euler-Bernoulli beam theory, using the Finite Element Method with equivalent stiffness and solved via the Newton-Raphson method using displacement increments. Material properties inputs for the model were directly obtained from existing experimental characterization, avoiding any through inverse analysis. Two experimental beams (55A+R and 55B+R), reinforced with different types of steel fibers, were simulated, and the numerical load-displacement results were compared against experimental data. The model exhibited good agreement in both the linear and post-peak phases, with mean absolute percentage errors below 11% in the initial phases and below 10% in the post-peak phase, remaining within the experimental envelope. The greatest discrepancies occurred at the onset of nonlinearity, attributed to the lack of discrete crack propagation modeling and the constitutive model limitations. The results indicate that the proposed model effectively represents SFRC behavior with satisfactory accuracy and without the need for complex iterative adjustments in its constitutive parameters.

Abstract in Portuguese:

Resumo As principais propriedades mecânicas que indicam o desenvolvimento da adesão entre argamassas e substratos são a resistência à tração, a resistência ao cisalhamento e a extensão de aderência. No entanto, a maioria dos estudos concentra-se exclusivamente na resistência de aderência à tração. Este estudo propõe um método alternativo para avaliar a resistência de aderência à tração e ao cisalhamento, que produz menor variação nos resultados, utilizando um dispositivo desenvolvido especificamente para esse fim. Para as validações necessárias, foi utilizada uma mistura de argamassa 1:1:6 (em volume) composta por cimento, cal e areia média, juntamente com um substrato cerâmico. As resistências à tração e ao cisalhamento foram avaliadas após a cura úmida em diferentes idades. Um novo método para ensaio de resistência de aderência demonstrou resultados promissores, reduzindo a variância dos resultados em 39% usando chapisco e aumentando a resistência de aderência em 31% sem chapisco, aos 28 dias. Essa redução na variabilidade indica que o novo método atenua a influência de fatores externos inerentes ao processo de ensaio. O aparato necessário para o método alternativo foi de fácil produção e utilização, tornando-o uma opção eficiente para a realização de ensaios de aderência em argamassas em ambiente laboratorial.

Abstract in English:

Abstract The main mechanical properties that indicate the development of adhesion between mortars and substrates are tensile strength, shear strength, and bond length. However, most studies focus solely on tensile bond strength. This study proposes an alternative method for evaluating tensile and shear bond strength, which produces less variation in results, using a device specifically developed for this purpose. For the necessary validations, a 1:1:6 mortar mixture (by volume) consisting of cement, lime, and medium sand, along with a ceramic substrate, was used. Tensile and shear strengths were evaluated after wet curing at different ages. A new method for bond strength testing demonstrated promising results, reducing the variance of results by 39% using spatterdash and increasing the bond strength by 31% without spatterdash, at 28 days. This reduction in variability indicates that the new method mitigates the influence of external factors inherent to the testing process. The apparatus required for the alternative method was easy to produce and use, making it an efficient option for conducting adhesion tests on mortars in a laboratory environment.

Abstract in Portuguese:

Resumo Geopolímeros têm emergido como ligantes alternativos capazes de incorporar diversos materiais residuais. No entanto, ainda são necessárias pesquisas adicionais para avaliar a durabilidade desses sistemas. Neste estudo, foram produzidas pastas geopoliméricas com metacaulim (MK) parcialmente substituído por resíduo de polimento de porcelanato (RPP) em níveis variando de 0 a 45% em massa. O desempenho dessas pastas foi avaliado frente ao ataque por sulfato de magnésio durante um período de 90 dias, por meio de ensaios de resistência à compressão, FTIR, TGA e análises de difração de raios-X quantitativa (QXRD). Foram observados aumentos de resistência à compressão de até 23% após a exposição ao sulfato de magnésio (30N1S1 e 45N1S1), com tendência semelhante em todos os níveis de substituição de MK por RPP, quando comparados às respectivas amostras de referência não expostas ao ataque por sulfato. Essa tendência provavelmente está relacionada à ausência de produtos expansivos comumente associados ao ataque por sulfatos, como etringita e gipsita, conforme confirmado por DRX. Além disso, a análise por MEV-EDS sugere que a incorporação de íons de magnésio (Mg2+) à matriz, os quais se ligam ao gel aluminosilicato, melhora o seu desempenho. Esses resultados destacam o potencial dos materiais geopoliméricos à base de MK e RPP para aplicação em ambientes agressivos a sulfatos, contribuindo para o avanço e a sustentabilidade da indústria da construção.

Abstract in English:

Abstract Geopolymers are emerging as alternative binders capable of incorporating various residual materials. However, further research is needed to assess the durability of these systems. This study produced geopolymer pastes with metakaolin (MK) partially replaced by porcelain polishing residue (PPR) at levels ranging from 0 to 45% by weight. The performance of these pastes was evaluated under magnesium sulfate attack over a 90-day period, using compressive strength tests, FTIR, TGA, and quantitative X-ray diffraction analyses (QXRD). Increases in compressive strength of up to 23% were observed after exposure to magnesium sulfate (30N1S1 and 45N1S1), with a similar trend across all levels of MK replacement by RPP, when compared to their respective reference samples not exposed to sulfate attack. This trend is likely related to the absence of expansive products commonly linked to sulfate attacks, such as ettringite and gypsum, as confirmed by XRD. Moreover, the SEM-EDS analysis suggests the incorporation of magnesium ions (Mg2+) into the matrix, which bond with the aluminosilicate gel, enhances its performance. These findings highlight the potential of MK and PPR-based geopolymeric materials for use in sulfate-aggressive environments, contributing to the advancement and sustainability of the construction industry.

Abstract in Portuguese:

Resumo Fissuras em concreto podem levar ao comprometimento das propriedades mecânicas e a exposição de seu interior, tornando-os mais suscetíveis à fatores externos. Concretos de Ultra Alto Desempenho (UHPC — do inglês ultra-high-performance concrete) também estão sujeitos à essa situação. Os métodos de reparo atuais ainda se encontram quase sempre ineficientes a longo prazo e podem gerar potenciais danos ao meio ambiente, tanto na produção quanto no uso, levando à contaminação por componentes tóxicos e subprodutos. Uma nova alternativa, surge com um forte apelo ambiental: concretos com propriedades autocicatrizantes assistida por microrganismos. Esta pesquisa investigou o efeito da adição de bactérias biomineralizadoras Lysinibacillus sphaericus nas propriedades reológicas, físicas e mecânicas em UHPC, além do preenchimento do concreto pela indução à precipitação de carbonato de cálcio por bactérias (MICP — do inglês microbial induced calcium-carbonate precipitation). Para tal, cápsulas de alginato de sódio contendo as bactérias foram produzidas e inseridas em corpos de prova de UHPC nas proporções de 0% (formulação padrão), 0,5%, 1,0% e 1,5% em relação à massa do cimento. Por meio de ferramentas de estatística descritiva e da análise de variância (ANOVA), foi verificado que não houve alteração nas propriedades mecânicas do UHPC nos do período de 7, 14, 28 dias pela adição das cápsulas, nem mesmo foram identificadas alterações estatisticamente significativas na porosidade (5,0–5,5%) e na absorção de água (2,2–2,5%), em relação à formulação padrão, provando que a adição das cápsulas contendo material biológico foi positiva. Além disso, por meio da microscopia óptica, foram verificadas a eficiência da técnica utilizada no encapsulamento e proteção das bactérias e a deposição de carbonato de cálcio nas fissuras. Os resultados indicaram que a metodologia adotada possui alto potencial de desenvolvimento de bioconcretos com propriedades autocicatrizantes.

Abstract in English:

Abstract Cracks in concrete compromise its mechanical strength and expose its interior, making it more susceptible to the external environment. Ultra-High-Performance Concrete (UHPC) is also susceptible to this situation. Repair methods are still often inefficient in the long-term and can cause potential damage to the environment both in their use and in their production, leading to contamination by toxic components and by-products. A new alternative emerges with strong environmental appeal: the self-healing of cracks assisted by microorganisms. This research investigated the addition effect of the encapsulated biomineralizing bacteria Lysinibacillus sphaericus on the rheological, physical, and mechanical properties of ultra-high-performance concretes, and on the filling of concrete cracks by MICP (Microbial Induced Calcium-Carbonate Precipitation). Sodium alginate capsules containing the bacterial material were produced and inserted into UHPC specimens in the proportions of 0% (standard formulation), 0.5%, 1.0% and 1.5% to the cement mass. By descriptive statistics and analysis of variance (ANOVA), it was verified that the mechanical properties of the UHPC, within the curing period of 7, 14 and 28 days, were not affected with the additions of the capsules; nor were identified statistically significant changes in the porosity (5.0–5.5%) of the material or in the water absorption ratio (2.2–2.5%), when compared to the standard formulation, proving that the addition of capsules containing bacterial material to the specimens was positive. Moreover, it was verified the efficiency of the technique used for encapsulation and protection of the bacteria and the deposition of calcium carbonate in the crack of the specimens by optical microscopy images. The results indicate that the adopted methodology has high potential for the development of self-healing UHPC bio-concretes.

Abstract in Portuguese:

Resumo Este artigo apresenta os resultados de uma investigação experimental sobre as características de aderência entre a armadura de aço e o concreto, tanto sem fibras quanto reforçado com fibras. O estudo analisou barras de aço com diâmetros de 10 mm e 16 mm, embutidas em corpos de prova de concreto com resistências à compressão de 30 MPa, 60 MPa e 90 MPa. Fibras de aço, com comprimentos de 13 mm e 25 mm, foram incorporadas ao concreto em teores volumétricos de 1% e 1,5%. Além disso, foi avaliada uma combinação dos dois tipos de fibras, totalizando 1% em volume. Foi realizada a comparação com modelos analíticos para determinação da resistência de aderência. Os resultados indicam que a inclusão de fibras de aço não impactou significativamente a resistência de aderência e que todas as normas apresentaram uma tendência conservadora com relação aos resultados obtidos neste estudo.

Abstract in English:

Abstract This paper presents the results of an experimental investigation into the bond characteristics between steel reinforcement and both plain and fiber-reinforced concrete. The study analyzed steel bars with diameters of 10 mm and 16 mm, embedded in concrete specimens with compressive strengths of 30 MPa, 60 MPa, and 90 MPa. Steel fibers, measuring 13 mm and 25 mm in length, were incorporated into the concrete at volumetric fractions of 1% and 1.5%. Additionally, a combination of both fiber types, totaling 1% in volume, was evaluated. A comparison with analytical models for bond strength determination was conducted. The results indicate that the inclusion of steel fibers did not significantly impact bond strength, and all standard codes exhibited a conservative trend compared to the findings of this study.

Abstract in Portuguese:

Resumo Este artigo apresenta o desenvolvimento de uma manta impermeabilizante luminescente com aluminato de estrôncio dopado com európio e disprósio (SrAl2O4:Eu2+,Dy3+), visando aplicações sustentáveis em sinalização e eficiência energética na construção civil. Foram preparadas amostras com 20%, 30% e 40% de pó fosforescente, analisadas quanto à trabalhabilidade, emissão de luz e propriedades físico-químicas. A amostra com 40% apresentou maior rendimento quântico (63%) e emissão residual de até 810 segundos, evidenciando a atuação dos íons Dy3+ na formação de armadilhas eletrônicas, prolongando a emissão. O aumento do teor de pó comprometeu a trabalhabilidade, exigindo ajustes na formulação. Os resultados indicam o potencial do material para uso em ambientes com baixa luminosidade, como rotas de fuga e sinalizações de segurança.

Abstract in English:

Abstract This paper presents the development of a luminescent waterproofing membrane using strontium aluminate doped with europium and dysprosium (SrAl2O4:Eu2+,Dy3+), aimed at sustainable applications in signaling and energy efficiency in civil construction. Samples containing 20%, 30%, and 40% of phosphorescent powder were prepared and analyzed for workability, light emission, and physicochemical properties. The 40% sample showed the highest quantum yield (63%) and residual emission lasting up to 810 s, evidencing the role of Dy3+ ions in forming electronic traps and prolonging the emission. The increase in phosphorescent content compromised workability, requiring formulation adjustments. The results indicate the potential of the material for use in low-light environments, such as escape routes and safety signage.

Abstract in Portuguese:

Resumo Em sistemas de revestimento, as argamassas devem apresentar deformabilidade suficiente para acomodar variações provenientes de cargas estruturais, movimentos diferenciais e ciclos térmicos, assegurando a aderência ao substrato. Esta pesquisa avaliou o efeito de deslocamentos aplicados a prismas de alvenaria submetidos à compressão na resistência de aderência à tração dos revestimentos. Para isso, foram construídos prismas constituídos por dois blocos cerâmicos com furos verticais (290 × 140 × 190) mm, assentados com junta de argamassa de 10 mm e revestidos com três tipos de argamassa (mista, industrializada e estabilizada), empregando chapisco rolado como ponte de aderência. Após a cura, os prismas foram submetidos à compressão até atingirem deslocamentos de 2 mm, 3 mm e 4 mm, sendo então carregados até a ruptura. Em cada nível de deslocamento, foram determinadas as resistências à tração dos revestimentos. A partir dos dados obtidos, os módulos de elasticidade, a resiliência e a tenacidade dos prismas foram estimados a partir das curvas tensão-deformação. Os resultados mostraram que o revestimento de argamassa mista, devido à sua maior deformabilidade, proporcionou maior resiliência e menor impacto no módulo de deformação dos prismas, resultando em uma redução menos acentuada da aderência (27,4%) no maior deslocamento, em comparação aos revestimentos de argamassa industrializada (34,8%) e estabilizada (37,3%), que apresentaram maior dificuldade em se movimentar sem descolar do substrato. O maior módulo de elasticidade da argamassa industrializada limitou a absorção de deformações, ocasionando ruptura frágil por descolamento, além de menores valores de resiliência e tenacidade dos prismas. Os resultados evidenciam a importância da escolha adequada da argamassa para assegurar o desempenho e a durabilidade dos sistemas de revestimentos em alvenarias submetidas a deformações.

Abstract in English:

Abstract In coating systems, mortars must exhibit sufficient deformability to accommodate variations from structural loads, differential movements, and thermal cycles, ensuring adhesion to the substrate. This study evaluated the effect of applied displacements on masonry prisms under compression on the tensile bond strength of mortar coatings. For this purpose, prisms were constructed using two vertically perforated ceramic blocks (290 × 140 × 190 mm), laid with 10 mm mortar joints and coated with three mortar types (mixed, industrialized, and stabilized), employing a plastering mortar layer, with rolled slurry. After curing, the prisms were subjected to compression until displacements of 2 mm, 3 mm, and 4 mm were reached and subsequently loaded to failure. At each displacement level, the tensile bond strengths of the coatings were determined. Based on the acquired data, the prisms’ modulus of elasticity, resilience, and toughness were estimated from the stress–strain curves. The results showed that the mixed mortar coating, due to its higher deformability, provided greater resilience and lower influence on the modulus of elasticity of the prisms, resulting in a less pronounced reduction in bond strength (27.4%) at the highest displacement, compared to the industrialized (34.8%) and stabilized (37.3%) mortars, which exhibited reduced capacity to accommodate displacements without debonding. The higher modulus of elasticity of the industrialized mortar limited deformation absorption, leading to brittle debonding and lower prism resilience and toughness. These findings underscore the importance of selecting an appropriate mortar to ensure the performance and durability of coating systems applied to masonry structures subjected to deformations.

Abstract in Portuguese:

Resumo Pontes rodoviárias são elementos de vital importância para o desenvolvimento econômico e social de qualquer País, especialmente do Brasil que tem o modal rodoviário como o mais utilizado para o transporte de pessoas e de mercadorias, se comparado aos modais ferroviário e aquaviário. Essa importância requer uma permanente atenção ao processo de deterioração a que tais obras estão suscetíveis ao longo do tempo; requer também o desenvolvimento de pesquisas sobre avaliação de desempenho, vida útil e modelos de deterioração, como as que vêm sendo desenvolvidas em vários países com a finalidade de identificar as condições de estabilidade e de funcionalidade, contribuindo também para a tomada de decisão voltada ao planejamento de manutenções regulares e das correções que se fizerem necessárias. Nesse sentido, esta pesquisa pretende dar uma contribuição à evolução dessa área do conhecimento, apresentando os resultados da estimativa da vida útil das superestruturas de 98 pontes e viadutos de rodovias federais no Estado de Pernambuco, por meio da aplicação do Método dos Fatores e das técnicas de Análise de Sobrevivência. Os dados das obras do conjunto analisado foram obtidos do banco de dados do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT, sendo agrupados pelo tipo de material da superestrutura (concreto armado e concreto protendido), considerando as informações das inspeções periódicas realizadas nessas obras em 2019. Dentre os resultados decorrentes da aplicação de ambas as metodologias, destaca-se que as superestruturas construídas em concreto armado possuem um nível mais elevado de deterioração em relação àquelas executadas em concreto protendido. Por fim, as informações obtidas mostraram que as duas metodologias empregadas nesta pesquisa são confiáveis e consistentes, pois produziram resultados apropriados e baseados em conceitos validados na literatura para a finalidade a que se destinam, podendo, portanto, ser usadas na estimativa de vida útil das diversas tipologias de Obras de Arte Especiais das rodovias brasileiras, mesmo quando existirem limitações das informações registradas em um banco de dados e a inexistência de um planejamento de inspeções regulares.

Abstract in English:

Abstract Highway bridges are key elements for the economic and social development of any country, especially Brazil, which has the most used highway mode for transporting people and freight compared to the rail and waterway systems. This importance requires constant attention to the deterioration process to which such works are prone over time. It also requires the development of research on the assessment of performance, service life, and deterioration models, such as those being developed in several countries, to identify the conditions of stability and functionality, also contributing to decision-making focusing on planning necessary regular repairs and corrections. In this regard, this study intends to contribute to the evolution of this area of knowledge by presenting the results of the estimated service life of the superstructures of 98 bridges and viaducts of federal highways in the State of Pernambuco by applying the Factor Method and Survival Analysis techniques. The data of the set of works analyzed were obtained from the database of the National Department of Transportation Infrastructure (DNIT), in groups of the type of material of the superstructure (reinforced concrete and prestressed concrete), considering the information from the periodical inspections of such works in 2019. Among the results from the application of both methodologies, it is worth mentioning that the superstructures built using reinforced concrete have a higher level of deterioration than those using prestressed concrete. Lastly, the information obtained showed that both methodologies adopted in this study are reliable and consistent, since they produced appropriate results based on concepts validated in the literature for the intended purpose, and therefore can be used in estimating service life of the different typologies of Special Engineering Structures (SES) of Brazilian highways, even when there are limitations of information recorded in a database and the lack of regular inspection planning.