Resumo A resistência à compressão (fc) e o módulo de elasticidade (Ec) de concretos são propriedades de grande importância em problemas de engenharia civil. Até o presente momento, apesar da relevância do tema, o traço de concretos ainda é projetado com base em métodos gráficos e fórmulas empíricas. Esse cenário é ainda mais impreciso para concretos leves estruturais de agregados leves (LWAC), que possuem ainda menos metodologias de traço e estudos de caso disponíveis na literatura. Dessa forma, este trabalho apresenta uma simulação numérica para prever as propriedades de corpos de prova de LWAC usando o Método dos Elementos Finitos. O material foi considerado bifásico, incluindo os agregados leves e a argamassa envolvente. Cada fase foi modelada com sua própria resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade. Os resultados numéricos obtidos para fc e Ec foram comparados com seus equivalentes experimentais, obtidos da literatura. No total 48 traços de concreto foram investigados. Os resultados numéricos mostraram uma correlação satisfatória com os dados experimentais. Em geral, o erro médio percentual absoluto (MAPE) foi menor nos agregados de xisto para o módulo de elasticidade (1,75% contra 4,21% da argila expandida) e resistência à compressão (4,19% contra 9,89% da argila expandida). Não foi identificada uma tendência clara de erro em relação à proporção de agregado ou aos tipos de argamassa, nos quais o MAPE variou de 2,36% a 8,13%. Concluindo, a simplificação para agregados esféricos mostrou resultados satisfatórios, assim como a adoção de um modelo 2D, que requer menos recursos computacionais. Os resultados encorajam outras aplicações com aspectos geométricos mais complexos para melhorar o design e a segurança de estruturas de LWAC.

Abstract The compressive strength (fc) and Young’s modulus (Ec) of concretes are properties of great importance in civil engineering problems. To this day, despite the relevance of the subject, concretes are still designed based on charts and empirical formulae. This scenario is even more imprecise for lightweight aggregate concretes (LWAC), which contain less design methodologies and case studies available in the literature. In this sense, the present work presents a numerical simulation for predicting the properties of LWAC’s specimens using the Finite Element Method. The material was considered as biphasic, comprising lightweight aggregates and the enveloping mortar. Each phase was modelled with its own compressive strength, tensile strength and Young’s modulus. The achieved numerical results for fc and Ec were compared with their experimental counterparts, obtained from the literature. In total, 48 concrete formulations were assessed. Numerical results showed fair agreement with the experimental data. In general, the Mean Absolute Percentage Error (MAPE) was lower for the shale aggregates for both Young's modulus (1.75% versus 4.21% of expanded clay) and compressive strength (4.19% versus 9.89% of expanded clay). No clear trend of error was identified in relation to the aggregate proportion or to the mortar types, in which the MAPE varied from 2.36% to 8.13%. In conclusion, the simplification to spherical aggregates has shown satisfactory results, as has the adoption of a 2D model, which require less computational resources. Results encourage further applications with more complex geometrical aspects to improve the mix design and safety of LWAC.

Resumo O presente trabalho abrange o desenvolvimento de ladrilho hidráulico sustentável (LHS) produzido com rejeitos de barragem de minério de ferro (RBMF). Inicialmente, a avaliação técnica e a análise ambiental do RBMF foram realizadas através de testes de caracterização física, química e morfológica, lixiviação e dissolução. Sua viabilidade como pigmento também foi investigada. Posteriormente, a análise de valor foi realizada, partindo de um mapa de empatia até o estudo sobre valores ambientais, sociais e emocionais na relação entre pessoas e produtos. Como resultado, o RBMF se apresentou como partículas finas, cristalinas, sem toxicidade, sendo tecnicamente viável para ser empregado como fíler, agregado e pigmento na produção de LHS. A camada de cor do LHS apresentou cores mais homogêneas e menos poros do que as convencionais. Assim, o projeto do LHS foi desenvolvido, incorporando valores intangíveis como: ideologia ambiental, identidade local e expressão social. Nesse sentido, o presente trabalho busca ajudar nas tomadas de decisão envolvendo RBMF como material de construção.

Abstract The present work discloses the development of a sustainable cement tile (SCT) produced with Iron Ore Tailings from tailings dams (IOT). Initially, technical evaluation and environmental analysis of IOT were performed through physical, chemical and morphological characterisation, leaching and dissolution tests. Its feasibility as a pigment was also investigated. Subsequently, the value analysis was performed, starting from an empathy map to a study on environmental, social and emotional values in the relationship between people and product. As result, the IOT presented fine, crystalline particles, no toxicity, and is technically feasible to be employed as filler, aggregate and pigment in the production of SCT. The colour layer of the SCT presented more homogeneous colour and less pores than conventional ones. Therefore, the design of the SCT was developed, incorporating intangible values such as: environmental ideology, local identity and social expression. In this sense, the present work seeks to assist in the decision-making process involving IOT as construction material.