The Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete is a material with remarkable mechanical properties and durability when compared to conventional and high performance concrete, which allows its use even without the reinforcement. This paper proposes the design of prestressed towers for a 5 MW turbine, through regulatory provisions and the limit states method, with UHPFRC and the concrete class C50, comparing the differences obtained in the design by parametric analysis, giving the advantages and disadvantages of using this new type of concrete. Important considerations, simplifications and notes are made to the calculation process, as well as in obtaining the prestressing and passive longitudinal and passive transverse reinforcement, highlighting the shear strength of annular sections comparing a model proposed here with recent experimental results present in the literature, which was obtained good agreement. In the end, it is estimated a first value within the constraints here made to ensure the economic viability of the use of UHPFRC in a 100 m prestressed wind tower with a 5 MW turbine.

Keywords: Ultra-high performance fiber-reinforced concrete; UHPFRC; prestressed wind towers; shear strength; design.

O Concreto de Ultra-Alto Desempenho Reforçado com Fibras (CUADRF) é um material com notáveis características mecânicas e de durabilidade ao comparar-se com concretos comuns e até de alto desempenho, o que permite seu emprego mesmo sem a utilização de armadura. O presente artigo propõe o dimensionamento de torres protendidas de 5 MW, através de disposições normativas e do método dos estados limites, com o CUADRF e a classe de concreto C50, comparando-se as diferenças obtidas no dimensionamento por meio de análise paramétrica, atribuindo vantagens e desvantagens no uso deste novo tipo de concreto. Importantes considerações, simplificações e apontamentos são feitos para o processo de cálculo, assim como na obtenção das armaduras ativa e passiva longitudinal e passiva transversal, colocando em evidência a resistência ao esforço cortante de seções anulares ao comparar um modelo aqui proposto com recentes resultados experimentais presentes na literatura, dos quais se obtém boa concordância. Ao final, estima-se um primeiro valor dentro das restrições aqui feitas para que se assegure a viabilidade econômica no uso do CUADRF em uma torre eólica protendida 100 m de altura com turbina de 5 MW.

Palavras-chave: Concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras; CUADRF; torres eólicas protendidas; resistência ao esforço cortante; dimensionamento.

Self-compacting concrete can be characterized by its flowability, achieved by adding superplasticizer and reducing the amount and particle size of coarse aggregate in relation to conventional concrete, which allows passing by the reinforcement and filling the forms without the need for mechanical vibration. The reduction in volume and particle size of the coarse aggregate can result in lower shear strength of beams due to reduced aggregate interlock. Therefore, an experimental investigation was conducted objecting to evaluate the influence of the reduction in volume content and the nominal size of coarse aggregate on the concrete shear strength. Six concrete mixes, four self-compacting and two conventionally vibrated, were used for a total of 18 beams with longitudinal reinforcement and without shear reinforcement. These beams were tested under four-point loading condition. Their failure modes, cracking patterns and shear resistance were evaluated. The shear resistances were compared to the theoretical values given by the ACI-318 and EC-2 codes. The results demonstrated a lower shear resistance of self-compacting concrete beams, caused mainly due to the reduced aggregate size.

Keywords: self-consolidating concrete, shear resistance, aggregate interlock, beams.

O concreto autoadensável pode ser caracterizado pela sua fluidez, obtida a partir da utilização de aditivos superplastificantes e da redução da granulometria e volume de agregado graúdo em relação ao concreto convencional, o que possibilita a transposição das armaduras e o preenchimento das formas sem a necessidade de vibração mecânica. Esta redução do volume e da granulometria do agregado graúdo pode acarretar em uma menor resistência ao cisalhamento de vigas devido à uma possível redução do efeito de engrenamento entre os agregados. Sendo assim, um programa experimental foi realizado com a intenção de investigar a influência da redução do volume e do diâmetro máximo do agregado graú- do na resistência ao cisalhamento. Foram utilizadas seis dosagens, quatro de concreto autoadensável e duas de concreto convencionalmente vibrado para um total de 18 vigas com armadura de flexão e sem armadura transversal. Estas vigas foram ensaiadas à flexão a quatro pontos sendo avaliados os modos de ruptura, padrões de fissuração e a força cortante última. As resistências obtidas experimentalmente foram comparadas com as estimativas das normas ACI-318 e EC-2. Os resultados demonstram menor resistência ao cisalhamento em vigas de concreto autoadensável em relação ao concreto convencional, principalmente quando reduzido o diâmetro máximo do agregado.

Palavras-chave: concreto autoadensável, resistência ao cisalhamento, engrenamento de agregados, vigas.

Abstract

This paper presents the development of an effective numerical formulation for analysis of steel concrete composite structures considering geometric and materials nonlinear effects. Thus, a methodology based on Refined Plastic Hinge Method (RPHM) was developed and the stiffness parameters obtained by homogenization of cross section. The evaluation of structural elements strength is done through the Strain Compatibility Method (SCM). The Newton-Raphson method with path-following strategies is adopted to solve nonlinear global and local (in cross section level) equations. The results are compared with experimental and numerical database presents in literature and a good accuracy is observed in composite cross section, columns and portal frames.

Keywords: nonlinear analysis, RPHM, interaction curves, SCM, moment-curvature relationship.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma formulação numérica adequada para análise de estruturas mistas de aço e concreto considerando os efeitos da não linearidade geométrica e da inelasticidade dos materiais. Para tal, foi desenvolvida uma metodologia baseada no Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR), sendo os coeficientes de rigidez obtidos por meio da homogeneização da seção transversal. A avaliação da capacidade resistente dos elementos estruturais é feita no contexto do Método da Compatibilidade de Deformações (MCD). Os problemas oriundos da consideração das fontes de não linearidade (global e local) são resolvidos por meio do método iterativo de Newton- -Raphson acoplado a estratégias de continuação. Os resultados obtidos são comparados com aqueles fornecidos em análises experimentais e/ ou numéricas presentes na literatura, sendo verificada boa precisão nas análises de seções transversais mistas, pilares isolados mistos e pórticos simples mistos.

Palavras-chave: análise não linear, MRPR, curvas de interação, MCD, relação momento-curvatura

Over the last few years, comprehensive management programs for the diagnosis and prognosis of alkali-aggregate reaction (AAR) in aging concrete structures were developed in North America, based on a series of laboratory test procedures. Although promising, these lab-procedures presented several parameters whose impacts were not completely understood, which significantly reduced their applicability for the appraisal of deteriorated concrete structures in service. In this context, it has been suggested that two lab-tools, the Stiff ness Damage Test (SDT) and the Damage Rating Index (DRI) could reliably assess the condition of concrete affected by AAR. This paper presents the condition assessment of 25, 35 and 45 MPa AAR affected concrete specimens incorporating fi ne and coarse reactive aggregates and presenting different distress degrees (i.e. expansion levels from 0.05 to 0.30%) through the use of an innovative multi-level approach. Results show that both SDT and DRI are suitable for assessing damage in AAR affected concrete through their output parameters. Yet, they present a complementary character, which illustrates the need for a multi-level approach.

Keywords: stiff ness damage test, damage rating index, condition assessment, multi-level approach, alkali-aggregate reaction (AAR).

Nos últimos anos, diversos programas de gestão para o diagnóstico e prognóstico da reação álcali-agregado (RAA) em estruturas de concreto foram desenvolvidos na América do Norte, com base em uma série de procedimentos experimentais em laboratório. Apesar de promissores, esses procedimentos apresentaram uma série de parâmetros cujo impacto não foi amplamente avaliado e discutido, o que reduziu significativamente a utilização destas técnicas na avaliação de estruturas de concreto deterioradas em serviço. Neste contexto, sugere-se que duas técnicas laboratoriais, o ensaio de Deterioração de Rigidez (SDT) assim como a avaliação microscópica do Índice de Deterioração (DRI) destacam-se como ensaios capazes de avaliar de maneira confiável e precisa o estado de deterioração do concreto afetado pela RAA. Este trabalho apresenta a utilização dos métodos descritos acima na avaliação da deterioração de differentes concretos (25, 35 e 45 MPa) afetados pela RAA, incorporando agregados reativos graúdos e miúdos e apresentando diferentes níveis de expansão (0,05 à 0,30%). Os resultados demonstram que tanto o SDT como o DRI são adequados para avaliar o nível de deterioração do concreto afetado pela RAA. Entretanto, estes apresentam um caráter complementar, o que ilustra a necessidade de uma abordagem “multinível” quando da utilização dos mesmos na avaliação de estruturas em serviço.

Palavras-chave: Deterioração de Rigidez (SDT), Índice de Deterioração (DRI), avaliação do estado de deterioração, avaliação multinível, reação álcali-agregado (RAA).

Abstract

Vegetated roofs can contribute to the quality of the environment in many ways, especially in the reduction of heat transfer to the internal environment of buildings. Among the techniques available to execute this kind of coverage, the use of cemented lightweight blocks is proposed to be compatible with the extensive modular green roof system. For cemented lightweight blocks that are produced with aggregates of EVA (waste from footwear industries), an additional contribution of thermal insulation capacity of the proposed green roof is expected. This article aims to demonstrate such contribution through measurements performed on prototypes in hot and humid weather conditions. After characterizing the thermal insulation capacity of the proposed green roof with reference to different types of conventional coverage, the additional contribution of the component used in this green roof was identified by making comparisons with measurements collected from another green roof that was executed with cement blocks without the presence of EVA aggregates. In these experiments, external and internal surface temperatures were collected in the coverage of each prototype as well as the air temperatures in the external and internal environments. From the analysis of data for a typical summer day, it was possible to confirm that the proposed green roof presented the lowest thermal amplitudes, considering air and surface temperatures. The presence of aggregates of EVA in the proposed blocks contributed to the reduction of internal temperatures.

Keywords: extensive green roof, thermal behavior, EVA residue, cement block

As coberturas vegetadas podem contribuir de várias maneiras na qualidade do meio ambiente, sendo destacada a redução na transferência de calor para os ambientes internos das edificações. Dentre as técnicas disponíveis para execução desse tipo de cobertura propõe-se o uso de blocos cimentícios leves compatíveis com o sistema de telhado verde extensivo modular. Para os blocos cimentícios leves, produzidos com agregados de EVA (resíduos da indústria de calçados), espera-se uma contribuição adicional na capacidade de isolamento térmico do telhado verde proposto. No presente artigo, pretende-se demonstrar tal contribuição, através de medições realizadas em protótipos na condição de clima quente e úmido. Após caracterizar a capacidade de isolamento térmico do telhado verde proposto, tendo como referência diferentes tipos de coberturas convencionais, foi identificada a contribuição adicional do componente utilizado nesse telhado verde, fazendo comparações com medições coletadas em outro telhado verde, executado com blocos cimentícios sem a presença dos agregados de EVA. Nos experimentos, foram coletadas temperaturas superficiais externas e internas em cada cobertura dos protótipos, bem como as temperaturas do ar nos ambientes externo e interno. A partir da análise dos dados para o dia típico de verão foi possível confirmar que o telhado verde proposto apresentou as mais baixas amplitudes térmicas, considerando as temperaturas do ar e superficiais internas. A presença dos agregados de EVA nos blocos propostos contribuiu na redução das temperaturas internas.

Palavras-chave: telhado verde extensivo, comportamento térmico, resíduo de EVA, bloco cimentício.

Abstract

This paper describes the adherence behavior of a structural lightweight concrete with EPS beads (SLCEB) in a monotonic loading, based in a bibliographic review and in pull-out tests. The results of these SLCEB tests were compared with those of an ordinary concrete (OC) and with the values based in indications of the Brazilian code ABNT NBR 6118:2014 – Design of concrete structures. The pull-out tests of two batches of SLCEB and one of OC were analyzed, in a total of 60 tests. Mechanical characteristics were determined too, such as: compressive strength and tensile strength in split cylinder test. The calculated results according to the above mentioned standard were very different from those obtained in the tests, indicating that the theoretical values are more conservative than the experimental ones. It was also verified that it is possible to use SLCEB in structures with respect to the adequate adherence of reinforcement in the concrete.

Keywords: lightweight concrete with EPS, anchoring by adherence, sliding, splitting, adherence stress.

Este artigo descreve o comportamento da aderência de um concreto leve estrutural com pérolas de EPS (CLEPE) sob carregamento monotônico, com base em revisão bibliográfica e em ensaios de arrancamento. Os resultados desses ensaios de CLEPE foram comparados com os de um concreto convencional (CC) e com os valores baseados nas recomendações da ABNT NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto. Foram analisados os ensaios de arrancamento de dois lotes de CLEPE e um de CC, totalizando 60 ensaios. Também foram determinadas características mecânicas, tais como: resistência à compressão e resistência à tração por compressão diametral. Os resultados calculados de acordo com a norma citada foram muito diferentes dos obtidos nos ensaios, indicando que os valores teóricos são mais conservadores do que os experimentais. Verificou-se também que é possível usar o CLEPE em estruturas, no que diz respeito à adequada aderência da armadura ao concreto.

Palavras-chave: concreto leve com EPS, ancoragem por aderência, deslizamento, fendilhamento, tensão de aderência.

Abstract

There are many theories and empirical formulas for estimating the shear strength of reinforced concrete structures without transverse reinforcement. The security factor of any reinforced concrete structure, against a possible collapse, is that it does not depend on the tensile strength of the concrete and the formation of any collapse is ductile, thus giving advance warning. The cracking from tensile stress can cause breakage of the concrete and should be avoided at all cost, with the intent that any such breakage does not incur any type of failure within the structure. In the present research study, experiments were performed in order to analyze the complementary mechanisms of the shear strength of lattice beams of reinforced concrete frames without transverse reinforcement. The experimental program entails the testing of eight frames that were subjected to a simple bending process. Two concrete resistance classes for analyzing compressive strength were considered on the construction of frames, 20 MPa and 40 MPa . To resist the bending stresses, the beams of the frames are designed in domain 3 of the ultimate limit states. Different rates and diameters of longitudinal reinforcement were used, 1.32% and 1.55% with 12.5 mm diameter and 16.0 mm in longitudinal tensile reinforcement. From the obtained results, an analysis was made of the criteria already proposed for defining the norms pertinent to the portion of relevant contribution for the shear resistance mechanisms of concrete without the use of transverse reinforcement and the influence of the concrete resistance and longitudinal reinforcement rates established in the experimental numerical results.

Keywords: reinforced concrete, shear, cracking, additional mechanisms.

Há muitas teorias e fórmulas empíricas que estimam a resistência ao cisalhamento de estruturas de concreto armado sem armadura transversal. A segurança de qualquer estrutura de concreto armado, em relação a um possível colapso, é que ela não dependa da resistência a tração do concreto, assim, o colapso é de forma dúctil, com aviso prévio. A fissuração, proveniente de esforços de tração, pode causar a ruptura do concreto e deve ser evitada para que não ocorra nenhum tipo de falha na estrutura. Nesta pesquisa foram realizados experimentos para analisar os mecanismos complementares ao de treliça de resistência ao cisalhamento em vigas de pórticos de concreto armado sem armadura transversal. O programa experimental consistiu no ensaio de oito pórticos e os modelos foram submetidos à flexão simples. Foram consideradas duas classes de resistências à compressão do concreto para a concretagem dos modelos, 20 MPa e 40 MPa. Para resistir os esforços de flexão, as vigas foram dimensionadas no domínio 3 do estado limite último. Foram usadas duas taxas de armadura, 1,32% e 1,55% com diâmetros de 12,5 mm e 16,0 mm de armaduras longitudinais de tração. A partir dos resultados obtidos foram analisados os critérios já propostos por normas para definir a parcela da contribuição relativa aos mecanismos resistentes de cisalhamento do concreto sem o uso de armadura transversal e a influência das resistências do concreto e taxas de armadura longitudinal nos resultados numéricos obtidos experimentalmente.

Palavras-chave: concreto armado, cisalhamento, fissuração, mecanismos complementares.

Abstract

This research investigates reinforced concrete plates and shells with skew reinforcement whose directions are not aligned with the principal internal forces. Two normal forces, one tangential force, two bending moments, and one twisting moment are defined in the plane of the element. The analysis includes two shear forces in the transverse direction. The membrane and flexural forces are distributed between two panels at the upper and lower faces of the element. The smeared cracking model, equilibrium considerations, and plasticity approach yield the design equations of the skew reinforcement. The slab reinforcement of flat bridges, with and without lateral beams and girder bridges are compared considering different skew angles. The minimum reinforcement criteria of skew meshes are discussed. The results show that skew reinforcement yields higher steel and concrete stresses.

Keywords: shell structures, shell design, skew reinforcement, slabs, skew bridges.

Essa pesquisa investiga estruturas laminares de concreto armado com armaduras esconsas e oblíquas em relação às solicitações. Duas for- ças normais, uma força tangencial, dois momentos fletores e um momento volvente são definidos no plano do elemento. A análise inclui duas forças cortantes na direção transversal. As solicitações de membrana e flexão são distribuídas entre duas chapas nas faces superior e inferior do elemento. As armaduras esconsas são calculadas através das condições de equilíbrio e de uma abordagem plástica pelo modelo da chapa fissurada. O trabalho compara as armaduras das lajes de pontes em laje, pontes em laje com vigas laterais e pontes em vigas múltiplas segundo diversos ângulos de esconsidade. Os resultados mostram que a utilização de malhas esconsas aumenta as tensões no aço e no concreto. Crité- rios para armaduras mínimas em malhas esconsas são discutidos.

Palavras-chave: estruturas laminares, dimensionamento de cascas, armadura esconsa, armadura oblíqua, pontes esconsas.

Abstract

This paper is a compendium on intumescent paint and its main features regarding chemical composition, thermophysical properties and performance as a fire-retardant material. Some of the main technical publications and lines of research on the subject are presented herein. The purpose of this paper is to show the current stage of the technical research being conducted on the topic and enable a better understanding of this fire-retardant material.

Keywords: coatings, intumescence, fire-retardant material.

O presente trabalho é um compêndio sobre tintas intumescentes, apresentando as principais características a respeito de sua composição química, propriedades termo físicas e desempenho como material de proteção contra incêndio. São apresentadas algumas das principais publicações técnicas e linhas de pesquisas sobre a intumescência. Objetiva-se, assim, elucidar o atual estágio técnico de pesquisas e possibilitar uma melhor compreensão sobre este material de proteção contra incêndio.

Palavras-chave: tintas, intumescência, materiais de proteção à incêndio.

Abstract

This work studies the column-base connection by external socket in precast structures. A parametric study of the geometric characteristics of the external socket base with smooth interface is presented. In this parametric study, the consumption of concrete and steel are analyzed. The column cross section, the embedded length of the column in the socket base and the thickness of the wall of the socket base were the variables considered in this study. It was observed that with the increase of the embedded length, the minimum cross section of the main horizontal reinforcement reduces. With this modification, the walls of the socket base that are perpendicular to the direction of the applied loads presented a reduction of their stiffness. Besides the parametric study, this paper presents a verification model. This part of the study shows the possibility to generate abacuses that simplifies the project of the socket base foundation. Moreover, a comparative analysis becomes easier to be accomplished.

Keywords: socket base foundation, embedded length, wall thickness, parametric study, verification model.

Este trabalho é dedicado ao estudo da ligação entre o pilar e a fundação por meio de cálice externo em estruturas de concreto pré-moldadas. Apresenta-se um estudo paramétrico envolvendo as características geométricas que influenciam no consumo de concreto e principalmente do aço em ligações com interface lisa. As variáveis consideradas são a seção transversal do pilar, o comprimento de embutimento do pilar no cálice e a espessura da parede do cálice. Observa-se que o aumento do comprimento de embutimento diminui a seção transversal mínima de armadura horizontal principal, o que torna as paredes perpendiculares a atuação dos esforços solicitantes mais frágeis. Além do estudo paramétrico, este trabalho também apresenta um modelo de verificação que mostra a possibilidade da geração de ábacos que facilite tanto o projeto de cálices de fundação quanto uma análise comparativa.

Palavras-chave: cálice de fundações, comprimento de mebutimento, espessura da parede, estudo parametrico, modelo de vevrificação.