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Concreto estrutural de cimento Portland com incorporação de agregado miúdo reciclado: avaliação e modelagem computacional

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Resumo

A crescente preocupação com os impactos ambientais gerados pela indústria da construção civil tem impulsionado pesquisas voltadas ao reaproveitamento de resíduos na produção de concretos estruturais. A extração de areia de rio e a destinação inadequada de resíduos de artefatos de concreto configuram sérios problemas ambientais, contribuindo para a degradação de corpos hídricos, perda de biodiversidade e aumento do passivo ambiental urbano. Nesse contexto, o presente trabalho é composto por dois estudos complementares que abordam o uso de agregado miúdo reciclado proveniente de resíduos industriais de artefatos pré-fabricados de concreto. O primeiro artigo apresenta os resultados de um extenso programa experimental que envolveu a produção de concretos com diferentes proporções de substituição da areia natural por agregado miúdo reciclado. Foram avaliadas as propriedades mecânicas de resistência à compressão axial e resistência à tração por compressão diametral. A análise estatística foi realizada por meio de ANOVA, teste de Scott-Knott e ajustes de modelos de regressão. Para os níveis de substituição de 10%, 20%, 30%, 40% e 50%, os aumentos médios da resistência à compressão foram de 1,69%, 6,69%, 6,30%, 8,44% e 9,05%, respectivamente, enquanto as variações médias da resistência à tração foram de 0,84%, −0,53%, 0,50%, 0,86% e 1,78%. Esses resultados indicam que, na média dos traços avaliados, a incorporação do agregado reciclado não comprometeu consideravelmente o desempenho mecânico dos concretos. Os modelos de regressão apresentaram coeficientes de determinação (R²) superiores a 0,85 para a maioria dos ajustes realizados. Já o segundo artigo propõe uma abordagem preditiva por meio de inteligência artificial para estimar a dosagem dos materiais constituintes do concreto, considerando como variáveis de entrada o percentual de substituição do agregado reciclado e as resistências mecânicas. Foram desenvolvidos e comparados diversos modelos de Redes Neurais Artificiais (RNAs) e Sistemas de inferência Fuzzy (SIFs). As RNAs destacaram-se em métricas de erro (RMSE e erro absoluto médio), enquanto os sistemas SIFs obtiveram melhor desempenho em coeficientes de determinação, com R² superiores a 0,9. A integração dos dois estudos fortalece o potencial da utilização de agregados reciclados na produção de concretos estruturais ao mesmo tempo em que demonstra a eficácia de ferramentas de inteligência computacional na predição da dosagem.

Abstract

The growing concern over the environmental impacts generated by the construction industry has encouraged research focused on the reuse of waste materials in the production of structural concrete. River sand extraction and the improper disposal of waste from concrete products constitute serious environmental problems, contributing to the degradation of water bodies, biodiversity loss, and the increase in urban environmental liabilities. In this context, the present work comprises two complementary studies addressing the use of recycled fine aggregate derived from industrial waste generated by precast concrete products. The first article presents the results of an extensive experimental program involving the production of concrete mixtures with different replacement levels of natural sand by recycled fine aggregate. The mechanical properties evaluated were axial compressive strength and splitting tensile strength. Statistical analysis was performed using analysis of variance (ANOVA), the Scott–Knott test, and regression model fitting. For replacement levels of 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%, the average increases in compressive strength were 1.69%, 6.69%, 6.30%, 8.44%, and 9.05%, respectively, whereas the average variations in tensile strength were 0.84%, −0.53%, 0.50%, 0.86%, and 1.78%. These results indicate that, on average across the evaluated mixtures, the incorporation of recycled aggregate did not significantly compromise the mechanical performance of the concrete. The regression models yielded coefficients of determination (R²) greater than 0.85 for most of the fitted models. The second article proposes an artificial intelligence-based predictive approach to estimate the proportions of the concrete constituent materials, considering the recycled aggregate replacement percentage and the required mechanical strengths as input variables. Several Artificial Neural Network (ANN) models and Fuzzy Inference Systems (FISs) were developed and compared. The ANNs performed better in terms of error metrics, including root mean square error (RMSE) and mean absolute error, whereas the FISs achieved better coefficients of determination, with R² values greater than 0.9. The integration of both studies strengthens the potential use of recycled aggregates in the production of structural concrete while demonstrating the effectiveness of computational intelligence tools for predicting concrete mix proportions.

Descrição

Área de concentração

Engenharia Agrícola

Linha de pesquisa

Construções, Ambiência e Tratamento de Resíduos

Agência de desenvolvimento

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Citação

TAVARES, Dennis Santos. Concreto estrutural de cimento Portland com incorporação de agregado miúdo reciclado: avaliação e modelagem computacional. 2026. 152 p. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) — Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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