The frequent use of flat slabs in building constructions highlights the importance of improving the study of slab-column joints, particularly regarding the verification of the ultimate limit state of punching shear, given the complexity of this phenomenon. This article applies concepts of the Theory of Reliability in order to evaluate the safety of the formulation established by NBR6118: 2014 standard to check punching shear in flat slabs with centered columns. Twelve probabilistic model analysis for C and C’ equations were developed, considering the influence that the variation of the slab thickness, the ck f and the shear force eccentricity have on reliability index β and failure rate Pf . Results indicated that formulation of C boundary is reasonably safe, although C’ boundary revealed β index below expectations.

Keywords: punching shear, flat slab, reliability, reinforced concrete.

O uso frequente de lajes lisas na construção de edifícios destaca a importância do estudo das particularidades envolvidas neste sistema estrutural, principalmente a verificação do Estado Limite Último de Punção, visto a complexidade envolvida no dimensionamento. Este artigo aplica conceitos da teoria da confiabilidade e do método de Monte Carlo com a intenção de avaliar a segurança existente na formulação para punção de pilares internos proposta pela norma NBR6118:2014, a qual se baseia em critérios essencialmente empíricos. Serão feitas análises probabilísticas dos contornos C e C’, considerando as aleatoriedades envolvidas nas variáveis presentes nas equações de dimensionamento.

Palavras-chave: punção, lajes lisas, confiabilidade, concreto armado.

The Brazilian design code for composite buildings (NBR8800) has never been subject to a reliability-based calibration of the partial factors used in design. As a consequence, the level of structural safety achieved by using these factors is, in general, unknown. This paper presents a study of the reliability of partially encased steel-concrete composite columns, subject to compression and bending. Literature statistics are used to quantify uncertainty in strength of structural materials and in loads. Reliability indexes are evaluated, via FORM, for two ratios between dead and live loads, and for some values of load eccentricity. It was found that larger load eccentricity leads to a reduction in reliability indexes. These values are larger than minimum values recommended in international design codes; hence one concludes that design of such columns using NBR8800 leads to acceptable safety levels.

Keywords: reliability, composite column, structural safety

A norma brasileira que embasa o projeto estrutural de edifícios contendo elementos mistos (NBR8800) nunca passou pelo processo de calibra- ção, baseada em confiabilidade, dos coeficientes parciais de segurança utilizados em projeto. Como consequência, o nível de segurança obtido com o uso destes coeficientes é, em geral, desconhecido. Este trabalho apresenta um estudo da confiabilidade estrutural de pilares mistos de aço-concreto, parcialmente revestidos e submetidos à flexo-compressão. Estatísticas da literatura são utilizadas para caracterizar as incertezas nas propriedades dos materiais constituintes e nas ações. Índices de confiabilidade (β) são avaliados, via FORM, para duas razões entre ação permanente e ação variável, e para alguns valores de excentricidade da ação vertical. Verifica-se que o índice de confiabilidade dos pilares mistos diminui com o aumento da excentricidade de projeto. Estes valores estão acima de índices de confiabilidade mínimos sugeridos em normas internacionais, o que sugere que o projeto utilizando a norma NBR8800 resulta em colunas mistas seguras.

Palavras-chave: confiabilidade; pilares mistos; segurança estrutural.

Abstract

This paper describes a LITS (Load Induced Thermal Strain) semi empirical model and two practical applications in simple and reinforced concrete members. The model allows a preliminary and straightforward quantification of the total strain of concrete structures submitted to heating and a sustained compressive load, without the need to use complex numerical analyses. The model takes into account the effect of the thermal expansion restraint due to the boundary conditions (temperature and compressive load) and can be adopted for several types of concretes (conventional, high strength and ultra high performance). In the first example, the total deformations of simple concrete specimens from KHOURY (2006) are determined. In the second example, the total displacement of a reinforced concrete column from SCHNEIDER et al (1994) is calculated. A comparison between the results of the model and the experimental values demonstrated the reliability of the semi-empirical model to obtain a preliminary quantification of the total deformations of concrete.

Keywords: high temperature, transient creep, concrete, design procedures..

Este artigo descreve um modelo semiempírico para o cálculo da fluência transiente em concretos simples e armado submetidos a uma força de compressão durante o aquecimento, baseado no conceito de LITS (Load Induced Thermal Strain) ou deformação térmica induzida pelo carregamento. A partir do modelo, é possível a quantificação preliminar da deformação específica total do concreto submetido à alta temperatura sem a necessidade de utilização de complexas análises numéricas. O modelo leva em consideração o efeito de restrição da expansão térmica devido às condições de contorno (temperatura e força de compressão) e pode ser aplicado a diversos tipos de concreto, do convencional ao de alta resistência e ultra-alto desempenho. Dois exemplos práticos de aplicação são apresentados. No primeiro caso, é determinada a deforma- ção específica total de corpos-de-prova em concreto simples previamente analisados por KHOURY (2006). No segundo exemplo é calculado o deslocamento total de um pilar em concreto armado investigado por SCHNEIDER ET AL (1994). A comparação dos resultados com os valores experimentais demonstraram a viabilidade do modelo para a determinação preliminar da deformação específica total de estruturas de concreto submetidas a uma força de compressão constante durante o incêndio.

Palavras-chave: alta temperatura, fluência transiente, concreto, técnicas de projeto.

In this paper the simplified method to evaluate final efforts using γz coefficient is studied considering the variation of the second order effects with the height of the buildings. With this purpose, several reinforced concrete buildings of medium height are analyzed in first and second order using ANSYS software. Initially, it was checked that the γz coefficient should be used as magnifier of first order moments to evaluate final second order moments. Therefore, the study is developed considering the relation (final second order moments/ first order moments), calculated for each story of the structures. This moments relation is called magnifier of first order moments, “γ”, and, in the ideal situation, it must coincide with the γz value. However, it is observed that the reason γ / γz varies with the height of the buildings. Furthermore, using an statistical analysis, it was checked that γ / γz relation is generally lower than 1,05 and varies significantly in accordance with the considered building and with the presence or not of symmetry in the structure.

Keywords: reinforced concrete, second order effects, γz coefficient

Neste trabalho o processo simplificado de obtenção dos esforços finais utilizando o coeficiente γz é estudado levando-se em conta a variação dos efeitos de segunda ordem ao longo da altura dos edifícios. Com este objetivo, diversos edifícios de médio porte em concreto armado são processados em primeira e segunda ordem utilizando o programa ANSYS. Inicialmente, mostra-se que o coeficiente γz deve ser utilizado como majorador dos momentos de primeira ordem para a obtenção dos momentos finais. Assim, o estudo é conduzido considerando a relação entre os momentos obtidos pela análise em segunda e em primeira ordem, calculada para cada pavimento das estruturas. Esta relação entre os momentos é denominada de majorador dos momentos de primeira ordem, “γ”, e, na situação ideal, deve coincidir com o valor de γz . Entretanto, observa-se que a razão γ / γz varia ao longo da altura dos edifícios. Além disso, mostra-se, por meio de uma análise estatística, que a relação γ / γz apresenta-se geralmente inferior a 1,05 e varia significativamente de acordo com o edifício considerado e a presença ou não de simetria na estrutura.

Palavras-chave: concreto armado, efeitos de segunda ordem, coeficiente γz .

Abstract

Application of Nondestructive Testing ( NDT) is an interesting strategy to monitor reinforced concrete structures conditions, especially when occur problems like admixture errors, mixing problems, conveying or placing of concrete . Among the NDT methods applicable to concrete, the Ultrasonic Pulse Velocity has been used in various fields of civil engineering due to the ease of operation, low cost, test velocity and that using this test normally do not need repair the surface analyzed. This work aims to study the influence that certain technological variables have on the results obtained through the UPV. Two concrete elements were cast at the laboratory. One element with reinforcement and another without reinforcement. Inside these elements were introduced objects to reproduce possible concrete damages. To facilitate the analysis the results are represent through several images generated by an image software and an statistical analysis software. This study confirm that the correct choice of test parameters is crucial to have a right interpretation.

Keywords: nondestructive testing, ultrasonic pulse velocity, reinforced concrete structures.

A aplicação de Ensaios Não Destrutivos (END) é uma estratégia interessante para monitorar o estado de conservação das estruturas de concreto armado, principalmente quando ocorrem erros de dosagem, problemas na mistura, transporte ou lançamento do concreto. Dentre os métodos de END, aplicáveis ao concreto, o método de ensaio da Velocidade de Propagação do Pulso Ultrassônico (VPU) vem sendo utilizado comumente em diversas áreas da Engenharia Civil, devido à facilidade da operação, ao seu baixo custo, à rapidez na execução dos testes e à ausência de danos ao material analisado. Este trabalho visa estudar a influência que determinadas variáveis tecnológicas exercem sobre os resultados obtidos através dos ensaios de VPU. Foram moldados em laboratório dois elementos de concreto, com dimensões próximas a estruturas reais. Um elemento com armadura nas duas faces e outro sem armadura, nos quais foram introduzidos objetos para reproduzir possíveis falhas de concretagem. De modo a facilitar a análise dos dados, os resultados são apresentados por meio de imagens geradas através de programas computacionais e análises estatísticas. Através deste estudo verificou-se que a escolha dos parâmetros de ensaios é fator crucial para que se tenha uma interpretação correta dos resultados.

Palavras-chave: ensaios não destrutivos, velocidade de propagaçao do pulso ultrassônico, estruturas de concreto armado.

Abstract

In this work, a two-dimensional finite element (FE) model for physical and geometric nonlinear analysis of reinforced concrete beams and plane frames, developed by the authors, is presented. The FE model is based on the Euler-Bernoulli Beam Theory, in which shear deformations are neglected. The bar elements have three nodes with a total of seven degrees of freedom. Three Gauss-points are utilized for the element integration, with the element section discretized into layers at each Gauss point (Fiber Model). It is assumed that concrete and reinforcing bars are perfectly bonded, and each section layer is assumed to be under a uniaxial stress-state. Nonlinear constitutive laws are utilized for both concrete and reinforcing steel layers, and a refined tension-stiffening model, developed by the authors, is included. The Total Lagrangean Formulation is adopted for geometric nonlinear consideration and several methods can be utilized to achieve equilibrium convergence of the nonlinear equations. The developed model is implemented into a computer program named ANEST/CA, which is validated by comparison with some tests on RC beams and plane frames, showing an excellent correlation between numerical and experimental results.

Keywords: nonlinear analysis, finite element, reinforced concrete, beams, plane frames.

Neste trabalho apresenta-se um modelo de elementos finitos de barra bidimensional, desenvolvido pelas autoras, para análise não linear física e geométrica de vigas e pórticos planos de concreto armado. A formulação do elemento é baseada na teoria de Euler-Bernoulli, em que se desprezam as deformações por cisalhamento. Os elementos de barra possuem três nós e um total de sete graus de liberdade, sendo utilizados três pontos de Gauss para integração do elemento, com a seção transversal discretizada em camadas em cada ponto de Gauss (Método das Lamelas). Admite-se que o concreto e as barras de armadura têm uma aderência perfeita entre si e considera-se que cada camada da seção está submetida a um estado uniaxial de tensões. São utilizadas leis constitutivas não lineares para as camadas de concreto e de armaduras de aço, incluindo-se um modelo refinado de tension-stiffening desenvolvido pelas autoras. Adota-se a formulação Lagrangeana Total para consideração da não-linearidade geométrica e podem-se utilizar vários métodos para convergência de equilíbrio das equações não lineares. O modelo desenvolvido é implementado em um programa computacional denominado ANEST/CA, o qual é validado em comparação com alguns ensaios de vigas e pórticos planos de concreto armado, observando-se uma ótima correlação entre resultados numéricos e experimentais.

Palavras-chave: análise não linear, elementos finitos, concreto armado, vigas, pórticos planos.

Abstract

In this work, a comparative study of different simplified methods and nonlinear finite element (FE) models used for calculating short-term deflections (vertical displacements of the longitudinal axis) in continuous reinforced concrete (RC) beams, under service loads, is performed. The simplified methods employed are the one proposed by Branson and the bilinear method recommended by the European Code CEB - Design Manual on Cracking and Deformations. Two finite element models are utilized: the first one with frame elements in which material nonlinearities are considered along the element and its cross section divided into layers, by using of constitutive relationships for steel and concrete, while the second one utilizes beam elements, with physical nonlinearity considered by means of moment-curvature diagrams, obtained from Branson equation. Several examples of continuous RC beams under service loads are analysed and the results obtained by the different models are compared taking as reference the nonlinear frame element model. A few conclusions and recommendations regarding the use of the different methods are drawn at the end of the work.

Keywords: deflections, beams, reinforced concrete, nonlinear analysis.

Neste trabalho é realizado um estudo comparativo dos resultados de flecha (deslocamento vertical do eixo longitudinal) imediata de vigas contínuas de concreto armado sob cargas de serviço, obtidos por diferentes métodos simplificados e por modelos não lineares de elementos finitos (EF). Os métodos simplificados abordados são o proposto por Branson e o método Bilinear recomendado pelo CEB – Manual de projeto sobre Fissuração e Deformações. São utilizados dois modelos de EF: o primeiro com EF de pórtico plano, sendo a não linearidade dos materiais considerada ao longo do elemento e da seção discretizada em camadas, a partir de relações constitutivas do aço e do concreto, enquanto que o segundo utiliza EF de viga, sendo a não linearidade física considerada por meio de diagramas momento-curvatura, obtidos a partir da fórmula de Branson. Os resultados dos diferentes modelos são comparados entre si para diversas vigas de projeto, adotando como referência os resultados do modelo não linear de elementos de pórtico plano. A partir da análise dos resultados, extraem-se algumas conclusões e recomendações quanto ao uso dos métodos simplificados e modelos de EF estudados.

Palavras-chave: flecha, vigas, concreto armado, análise não linear.

Abstract

Obtaining internal load capacity, in reinforced concrete sections, at ambient temperature, under biaxial bending, is one of the most common tasks done by structural engineers, but not so common when the member is in fire situation. The intention of this paper is to show that is possible to correlate the ultimate limit state (ULS), in fire situation, with ULS at ambient temperature, for square cross sections under fire from all faces. To reach the purpose and give support to the numerical analysis of this article, a computer program, in Delphi language, called COL FIRE, is being developed by the authors.

Keywords: fire, columns, ultimate limit state, ULS, interaction diagram.

A obtenção dos esforços internos resistentes, em seções de concreto armado, à temperatura ambiente, sob flexão composta oblíqua, é uma das tarefas mais comuns realizadas por engenheiros de estruturas, mas não tão comum quando o elemento está submetido a ação de incêndio. O objetivo deste artigo é ilustrar que é possível correlacionar o estado-limite último (ELU), em situação de incêndio, ao ELU à temperatura ambiente, para seções quadradas sob incêndio em todas as faces. Para atingir o propósito e dar suporte à análise numérica deste artigo, um programa de computador, em linguagem Delphi, chamado COL FIRE, está em desenvolvido pelos autores.

Palavras-chave: incêndio, pilares, estado-limite último, ELU, diagrama de interação.

Abstract

This work developed experimental tests and numerical models able to represent the mechanical behavior of prisms made of ordinary and high strength concrete blocks. Experimental tests of prisms were performed and a detailed micro-modeling strategy was adopted for numerical analysis. In this modeling technique, each material (block and mortar) was represented by its own mechanical properties. The validation of numerical models was based on experimental results. It was found that the obtained numerical values of compressive strength and modulus of elasticity differ by 5% from the experimentally observed values. Moreover, mechanisms responsible for the rupture of the prisms were evaluated and compared to the behaviors observed in the tests and those described in the literature. Through experimental results it is possible to conclude that the numerical models have been able to represent both the mechanical properties and the failure mechanisms.

Keywords: numerical simulation, concrete prisms, prisms failure modes.

No presente trabalho desenvolveram-se ensaios experimentais e modelos numéricos capazes de representar o comportamento mecânico de prismas confeccionados com blocos de concreto comuns e de alta resistência. Foram realizados ensaios experimentais de prismas e, para a análise numérica, adotou-se como estratégia de modelagem, a micromodelagem detalhada, onde cada material (bloco e argamassa) foi representado por suas propriedades mecânicas. A validação dos modelos numéricos foi realizada com base em resultados experimentais realizados. Verificou-se que os valores obtidos numericamente de resistência à compressão e módulo de elasticidade diferem 5% em relação aos valores observados experimentalmente. Ainda foram avaliados quais os mecanismos responsáveis pela ruptura dos prismas, comparando-se tanto com o comportamento verificado nos ensaios, quanto com os descritos na literatura. Por meio dos resultados experimentais conclui-se que os modelos numéricos foram capazes de representar tanto as propriedades mecânicas quanto os mecanismos responsáveis pela ruptura.

Palavras-chave: simulação numérica, prismas de concreto, modos de ruptura prismas.

Abstract

The design of a precast structural system requires joints between the structural elements, being often used concrete corbels in connection between beams and columns. Concrete corbels are an obstacle to optimize the precast production mainly of column has two or more concrete corbels in different faces. In this cases, the concrete corbels have needed to manufacture in distinct stage of column, which requires some attention to the interface between column and corbel and some solution to ensure the continuity of main tie reinforcement. This paper carried out some tests, analytical and computational modeling of five models of concrete corbels, being one monolithic and four models with corbels are manufactured in distinct stage of the column. The results presented and discussed are the failure mode, the interface gap and the accuracy of the analytical and computational predictions. It was observed that the concrete corbels with bent tie reinforcement presented the largest gap opening in interface and that the computational model represented the monolithic concrete corbel resistance better than normative models.

Keywords: reinforced concrete, precast, corbels, computational modeling.

O uso de consolos de concreto é prática comum na ligação entre vigas e pilares, porém um entrave à sua utilização é a logística de concretagem quando os consolos de um pilar apresentam direcionamentos em diferentes planos. Surge, então, a necessidade de se realizar a concretagem do consolo e do pilar em etapas distintas, o que exige alguns cuidados com a interface e alguma solução para que exista continuidade entre as armaduras. Este trabalho faz análises experimentais, normativas e computacionais de cinco modelos de consolos, sendo um monolítico e quatro concretados em etapa distinta do pilar. Nos resultados são apresentados e discutidos os mecanismos de ruptura, as aberturas de junta, bem como a precisão das previsões analíticas e do modelo computacional. Ao final do trabalho se observou que os consolos com tirante dobrado apresentaram as maiores aberturas de junta, e que o modelo computacional representou melhor a resistência da biela comprimida do consolo monolítico que os modelos normativos.

Palavras-chave: concreto armado, pré-moldados, consolos, modelagem computacional.