In the analysis of the second-order global effects, the material nonlinearity (NLF) can be considered in an approximate way, defining for the set of each structural element a mean flexural stiffness. However, there is less research concerning low-rise buildings in the analysis of global stability in contrast to high buildings, because these have a greater sensitivity to this phenomenon and they are more studied. In this way, the paper objective is to determine the flexural stiffness values, of beams and columns, for buildings with less than four floors, to approximate consideration of the NLF in the global analysis. The idealized examples to buildings with 1, 2 and 3 floors, being simulated through the software CAD/TQS and an analysis model based in an iterative process. The simulations results defined the stiffness values of the set of beams and columns in each example, followed by a statistical analysis to define general values of application in the buildings. Finally, a proposal is suggested of stiffness reduction coefficients for beams and columns to be adopted in the approximation the NLF (EIsec = αv/p ∙ Eci Ic ), as follows: buildings with 1 floor (αv = 0,17 and αp = 0,66), buildings with 2 floors (αv = 0,15 and αv = 0,71) and buildings with 3 floors (αv = 0,14 and αv = 0,72). The results obtained can be used for the analysis of low-rise structures to consider the second order global effects with more safely.

Keywords: second order effects, global analysis, stiffness of structural elements.

Na análise dos efeitos globais de segunda ordem, a não-linearidade física (NLF) pode ser considerada de forma aproximada, definindo-se para o conjunto de cada elemento estrutural, uma rigidez secante à flexão. No entanto, encontram-se menos pesquisas referentes a edifícios baixos na análise da estabilidade global em contraste com os edifícios altos, pois estes possuem uma maior sensibilidade a esse fenômeno e, consequentemente, são objeto de maior estudo. Desta forma, o objetivo deste trabalho é determinar os valores de rigidez à flexão, de vigas e pilares, para edificações com menos de quatro pavimentos, de modo a considerar a NLF de forma aproximada na análise global. Os exemplos idealizados são referentes a edificações com 1, 2 e 3 pavimentos, sendo simulados através do software CAD/TQS e por meio de um modelo de análise baseado em um processo iterativo. Os resultados das simulações definiram os valores da rigidez do conjunto de vigas e de pilares em cada exemplo, prosseguindo-se a uma análise estatística com o intuito de se definir valores gerais de aplicação nas edificações. Por fim, apresenta-se uma proposta de coeficientes redutores de rigidez para vigas e pilares a serem adotados na consideração da NLF de forma aproximada (EIsec = αv/p ∙ Eci Ic ), conforme a seguir: edifícios com 1 pavimento (αv = 0,17 e αp = 0,66), edifícios com 2 pavimentos (αv = 0,15 e αv = 0,71) e edifícios com 3 pavimentos (αv = 0,14 e αv = 0,72). Os resultados obtidos podem ser utilizados para a análise de estruturas de pequeno porte de modo a se considerar os efeitos globais de segunda ordem de forma mais segura.

Palavras-chave: efeitos de segunda ordem, análise global, rigidez dos elementos estruturais

TEvery structure is subjected to the effects of time and environment on which they are located. The consideration of these effects and their consequences in design phase is called nowadays as durability analysis of the structural system. The corrosion of the reinforcement steel through the chloride penetration inside the concrete is the main cause of the lifetime deterioration of the reinforced concrete structures. As a direct consequence, the corrosion affects the resistant capacity of the structural elements as the process evolves over time. Therefore, the appropriate prediction of the structural lifetime depends directly of the prevision capacity of those effects over the behavior of the structural systems. In this work, a mechanical model that combines the corrosion effects over the reinforcement and the concrete and steel material nonlinear responses is proposed to predict the resistant loss of reinforced concrete beams over the time. The steel and concrete nonlinear behavior was modeled by model based on unidimensional plasticity theory and damage mechanics, respectively. The Fick’s laws and empirical methods based on the Faraday’s laws were used to represent chloride penetration inside concrete and reinforced degradation, respectively. A simplified process was adopted to simulate the corrosion beginning in different times over the structure. The results showed that the rate of loss resistant capacity of the analyzed beam is higher in the first years after the beginning of corrosion and tend to stabilized in subsequent years. Furthermore, the structural behavior is very sensitive regarding the considered corrosive effects in the analyses.

Keywords: reinforced concrete beams, structural integrity, mazars’s damage model, fem, corrosion, Fick’s law

Toda estrutura está sujeita aos efeitos do tempo e ambiente na qual estão inseridas. A consideração desses efeitos e suas consequências na fase de projeto é o que se chama atualmente de análise da durabilidade do sistema estrutural. A corrosão do aço das armaduras através da penetração de cloretos no concreto é a principal causa de deterioração ao longo do tempo em estruturas de concreto armado. Como consequência direta, a corrosão afeta a capacidade resistente dos elementos estruturais à medida que o processo evolui no tempo. Portanto, a previsão adequada da vida útil estrutural depende diretamente da capacidade de previsão desses efeitos sobre o comportamento dos sistemas estruturais. Neste trabalho, um modelo mecânico que combina os efeitos da corrosão de armaduras e as respostas não linear dos materiais aço e concreto é proposto com o objetivo de prever a perda de resistência de vigas em concreto armado ao longo do tempo. O comportamento dos materiais aço e concreto foram simulados por modelos baseados na teoria da plasticidade unidimensional e mecânica do dano, respectivamente. As leis de Fick e métodos empíricos fundamentados nas leis de Faraday foram utilizados para representar a entrada de cloretos e degradação das armaduras, respectivamente. Um processo simplificado foi adotado para a simulação do início da corrosão em tempos diferentes ao longo da estrutura. Os resultados mostraram que a taxa de perda de capacidade resistente da viga analisada é maior nos primeiros anos após o início da corrosão e tendem a se estabilizar nos anos posteriores. Além disso, o comportamento estrutural é muito sensível em relação aos efeitos corrosivos considerados nas análises.

Palavras-chave: vigas em concreto armado, integridade estrutural, modelo de dano de mazars, mef, corrosão, lei de Fick.

Abstract

Heritage constructions presents high significance and importance for society. As way of contribution for the preservation of the heritage constructions, this paper presents a study on the dynamic behavior of a heritage construction, part of the historic center of Sobral city, located at the north region of Ceará State, namely the Nossa Senhora das Dores Church, a church from the beginning of the 19th century, built in clay brick walls. In this study, ambient vibration tests were performed aiming to obtainment of the natural frequencies of the building focusing the calibration of the numerical model and, from it, proceeding with modal analysis by Finite Element Method (FEM) with recurrence to software Ansys®. The results allowed the analysis of the structural dynamic behavior taking into account natural frequencies, modal shapes and directional displacements.

Keywords: dynamic characterization, heritage construction, environmental vibrational characterization, finite elements, sobral’s historical heritage.

As construções históricas possuem elevado significado e importância para a sociedade. Como contribuição à preservação do patrimônio histó- rico, o presente trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento dinâmico de uma edificação histórica, inserida no âmbito do patrimônio histórico da cidade de Sobral, localizada na região norte do estado do Ceará, nomeadamente Igreja de Nossa Senhora das Dores, uma capela do início Século XIX, construída em alvenaria de tijolos maciços. Neste estudo foi realizado o ensaio de vibração ambiental com objetivo de obter as frequências naturais da edificação com foco à calibração do modelo numérico e, a partir dele, com recurso ao software Ansys®, realizar a caracterização modal via Método dos Elementos Finitos (MEF). Os resultados obtidos permitiram analisar o comportamento dinâmico da estrutura, no que se refere à obtenção das frequências naturais, modos de vibração e deslocamentos direcionais.

Palavras-chave: caracterização dinâmica, construções históricas, caracterização vibracional ambiental, elementos finitos, patrimônio histórico sobralense.

Abstract

A produção de concretos auto compactáveis de baixa massa específica tornou-se um grande desafio para a engenharia civil, principalmente quanto à dosagem e manutenção das resistências mecânicas. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi analisar concretos autoadensáveis (CAA) produzidos com agregados leves e reciclados. Fixou-se as dosagens de sílica ativa, pó de pedra, pedrisco, argila expandida e superplastificante, variando-se a porcentagem do resíduo de borracha em 5% e 10%, em substituição ao agregado miúdo. As amostras foram submetidas aos ensaios de espalhamento, viscosidade, habilidade passante, resistências à compressão e à tração por compressão diametral e, massa específica. Verificou-se que os CAA produzidos apresentaram coesão e trabalhabilidade adequados, bem como atendem as condições normativas para uso em peças pré-moldadas e estruturais.

Keywords: self-compacting concrete, lighweight aggregate, reclycled aggregate, fresh properties, mechanical strengths.

The production of self-compacting concrete (SCC) with low density has become a major challenge for civil engineering, especially regarding the dosage and maintenance of mechanical strength. In this context, the objective of this work was to analyze self-compacting concrete (SCC) using lightweight and recycled aggregates. Fixed the additions of silica fume, stone dust, gravel, expanded clay and superplasticizer, varying the percentage of rubber waste by 5% and 10%, replacing the fine aggregate. The samples were subjected to spreading assays, viscosity, passing ability, compressive strength and tensile strength by diametrical compression and density. It was found that SCC produced had adequate cohesion and workability as well as meet the regulatory conditions for use in pre-cast and structural parts.

Palavras-chave: concreto autoadensável, agregado leve, agregado reciclado, propriedades no estado fresco, resistências mecânicas.

Abstract

The efficiency of sound irradiance in structure has direct relation with its vibratory movement. Dynamic vibration absorbers (DVAs) are a low cost viable option for reducing vibrations in passive structures. Secondary systems attached to the primary system (structure) in order to reduce vibration. In this work it was used an experimental modal analysis procedure (EMA) for vibratory responses through impulsive excitations to determine the natural frequencies and the location of points suitable for attachment of DVAs in a concrete beam. Later it was designed and built DVAs to reduce vibration in a frequency band where the response of the human auditory system is more sensitive. The best project configuration for DVAs was evaluated for sensitivity thereof with respect to the change of the loss factor of the viscoelastic material used. Obtained reduction of more than 36% over the considered frequency band and over 70% in the region of the resonance frequency in which the DVAs were tuned.

Keywords: dynamic vibration absorber, experimental modal analysis.

A eficiência da irradiação sonora em estrutura possui relação direta com seu movimento vibratório. Absorvedores dinâmicos de vibrações (ADVs) são uma opção viável de baixo custo para redução de vibrações em estruturas de forma passiva. São sistemas secundários fixados ao sistema primário (estrutura) com propósito de reduzir as vibrações do sistema primário. Neste trabalho foi utilizado um procedimento de Análise Modal Experimental (AME) para obter experimentalmente as frequências naturais e a localização dos pontos adequados para fixação dos ADVs em uma viga de concreto. Posteriormente, foram projetados e construídos ADVs para redução de vibração em uma banda de frequência onde a resposta do sistema auditivo humano é mais sensível. A melhor configuração de projeto para os ADVs foi avaliada quanto à sensibilidade dos mesmos com relação à alteração do fator de perda do material viscoelástico utilizado. Obteve-se redução superior a 36% ao longo da banda de frequência considerada, e superior a 70 % na região da frequência de ressonância na qual os ADVs estavam sintonizados.

Palavras-chave: absorvedor dinâmico de vibração, análise modal experimental.

Abstract

One of the challenges in the investigation of structural masonry is the correlation between the thickness of the laying joints and the global resistance of the masonry. Many authors developed experimental correlations in the attempt to establish an analytical relation between the joint thickness and the resistance of the masonry. All these projects indicate that there are many parameters and considerations to be analyzed in the understanding this relation and in understanding the collapse of the masonry as a whole. Thus, in an attempt to contribute with this field of study, the present paper investigates the influence of the thickness of the mortar laying joint in the resistance of the masonry structure. With the objective of experimentally establishing a relation between the joint thickness and the resistance of the masonry, rupture trials were held to the axial compression of three block prisms laid with five series of thicknesses: 8mm, 12.5mm, 10mm, 15mm and 20mm. The physical and mechanic description of all the components that made up the masonry were done separately, complying with the regulations. Through a simplified statistical analyses, presented at the end of this study, values of resistance of each series of prisms associated to a specific thickness for the laying joint are shown. Through the comparison of the specific results of the analyzed specimen, we arrived at the suggestion of a better performance joint and it was also possible to establish a behavioral tendency, through the comparison of results, helping in the understanding of how the block-joint set behave monolithically from the determination of the individual characteristics of each element. Which is one of the keys that will permit the constructions of a behavioral model capable of assisting structural analysts in their structural masonry dimensioning techniques.

Keywords: structural masonry, concrete blocks, laying joints.

Um dos desafios na investigação do comportamento da alvenaria estrutural é a correlação entre a espessura da junta de assentamento e a resistência global da alvenaria. Vários autores desenvolveram correlações experimentais na tentativa de estabelecer uma relação analítica entre a espessura da junta e a resistência da alvenaria. Todos esses trabalhos indicam que existem muitos parâmetros e considerações a serem analisadas no entendimento dessa relação e no entendimento do colapso da alvenaria como um todo. Assim, pretendendo contribuir com esse campo de pesquisa, o presente trabalho investiga a influência da espessura da junta argamassa de assentamento na resistência da alvenaria estrutural. Com o objetivo de estabelecer experimentalmente uma relação entre a espessura da junta e a resistência da alvenaria realizaram-se ensaios de ruptura à compressão axial em prismas de três blocos assentados com cinco séries de espessuras: 08 mm, 12,5 mm, 10 mm, 15 mm e 20 mm. E a caracterização física e mecânica de todos os componentes que constituem a alvenaria foi realizada isoladamente, atendendo as normas. Através de uma análise estatística simplificada, apresentada ao final do presente trabalho são mostrados os valores de resistência de cada série de prismas associados a uma espessura específica para junta de assentamento. Através da comparação entre os resultados específicos dos corpos de prova analisados, chegou-se a sugestão de uma junta de melhor desempenho e também foi possível estabelecer uma tendência de comportamento, auxiliando a compreender como o conjunto bloco-junta se comporta monoliticamente a partir da determinação das características individuais de cada elemento. O que é uma das chaves que permitirá construir um modelo de comportamento capaz de auxiliar os analistas estruturais em suas técnicas de dimensionamento da alvenaria estrutural.

Palavras-chave: alvenaria estrutural, blocos de concreto, juntas de assentamento.

Abstract

While the cement plant is considered one of the most polluting industry, responsible for about 5% of global CO2 emissions, the concrete has the potential to uptake this gas through the carbonation process, offset in part the emissions generated in its production. With the purpose to analyze this process, this study aims to evaluate emissions and CO2 uptake with cement content 300-580 kg produced with different cement types (CP II F, CP II E, CP II Z, CP III, CP IV and CP V). Through mathematical modeling, the emissions balance was made, identifying the mix that shows good resistance to carbonation and greater absorption of CO2 during the concrete life cycle. The results show that concrete with cement consumption between 380 and 420 kg/m³ showed better balance emissions.

Keywords: CO2 sequestration, cement content, CO2 emissions, compensatory measures, sustainability

Apesar da indústria cimenteira ser considerada uma das mais poluentes do setor, responsável por aproximadamente 5% das emissões mundiais de CO2 , o concreto tem a potencialidade de absorver esse gás, através do processo de carbonatação, compensando em partes as emissões geradas na sua produção. Com o objetivo de analisar este processo, o presente estudo avalia por meio de simulações as emissões e a captura de CO2 de concretos com consumos de 300 a 580 kg de cimento por metro cúbico de concreto, produzidos com diferentes tipos de cimento Portland (CP II F, CP II E, CP II Z, CP III, CP IV e CP V). Por meio da modelagem matemática fez-se o balanço das emissões, identificando o traço que apresenta boa resistência à carbonatação e maior absorção de CO2 durante o ciclo de vida do concreto. Os resultados apontam que concretos com consumo de cimento entre 380 e 420 kg/m³ e com maiores taxas de adições apresentam melhores balanços de emissões.

Palavras-chave: sequestro de CO2 , consumo de cimento, emissões de CO2 , medidas compensatórias, sustentabilidade.

Abstract

Ultimate limit state curves of short reinforced concrete columns in fire situation are going to be presented in this paper. The authors created a code developed in Matlab. It makes a discretization of the cross sections of the columns and calculates the equilibrium integrals of them. The curves were plotted with the code considering the 500 °C isotherm method.

Keywords: reinforced concrete columns, fire situacion

Curvas envoltórias correspondentes ao estado – limite último de pilares curtos de concreto armado em situação de incêndio serão apresentadas neste artigo. Os autores criaram um código desenvolvido no programa Matlab. Esse código realiza uma discretização da seção transversal dos pilares e o cálculo numérico das integrais de equilíbrio. As curvas foram representadas graficamente com o código considerando o método da isoterma de 500 °C.

Palavras-chave: pilares, concreto armado, incêndio, flexão composta, isoterma de 500 ºC.

Abstract

The stability of long and slender precast beams has been associated with structural collapse during the transitory phase of construction. The inevitable deviations regarding the execution between the support cross-section and midspan aggravate the instability problem, thus causing the beams to become even more susceptible to its effects. The focal point of this study is the numerical and behavioral evaluation of concrete beams that present geometric imperfections on elastomeric supports and analyze the influence exerted by the variables of: strength characteristics of concrete, physical non-linearity of the concrete and the compression stiffness of the bearing pad. The numerical analyses were developed on a computer program based on the finite element method (FEM). Among the principle conclusions drawn from the study, one finds that the increase in the characteristic strength of the concrete provides the beam with a higher degree of stability, and the consideration of the physical non-linear behavior of the material did not allow the equilibrium point on the numerical model to be found in some of the cases that were evaluated. The rotational stiffness of the pad decreases as the skew angle increases. Therefore, one needs to remember that in very critical situations, it may not be possible to find the point of equilibrium, thus leading to collapse.

Keywords: stability, bearing pad, stiffness, equilibrium, toppling.

A estabilidade lateral de vigas pré-moldadas longas e esbeltas tem sido associada a colapsos durante as fases transitórias de montagem. Os inevitáveis desvios de execução entre a seção transversal do apoio e a do meio do vão agravam e tornam mais suscetíveis os problemas de instabilidade. O objetivo deste trabalho é avaliar numericamente o comportamento de vigas de concreto que apresentam imperfeições geomé- tricas sobre almofadas de apoio de elastômero e analisar a influência de variáveis, como: resistência característica do concreto, não linearidade física do concreto e rigidez à compressão da almofada. As análises numéricas foram desenvolvidas em um programa computacional baseado no Método dos Elementos Finitos. Dentre as principais conclusões, percebeu-se que o aumento da resistência característica do concreto confere à viga maior estabilidade e que a consideração do comportamento não linear físico do material não permite encontrar uma posição de equilíbrio no modelo numérico em alguns casos avaliados. A rigidez ao giro da almofada diminui na medida em que o ângulo de esconsidade aumenta. Deve-se ter em mente que, em situações muito críticas, pode não ser possível encontrar equilíbrio para a viga, levando ao seu colapso.

Palavras-chave: estabilidade, almofada, rigidez, equilíbrio, tombamento.

Abstract

The behavior of a steel structure is directly related to the type of base used in the columns, which is essential to the stability and security of the structural system. The Brazilian standard ABNT NBR 8800:2008 does not directly covers this subject. Another Brazilian standard, ABNT NBR 16239:2013, presents a limited design procedure to hollow columns. In this paper, two design methodologies are presented considering the uniform and triangular pressure distribution between the base plate and the concrete surface. A computational program has been developed to design steel column bases considering both methodologies mentioned. The program has been validated with manually solved design examples and conclusions about the pressure distribution design procedures were made from the 200 bases designed by the program. It was noted that, for the triangular pressure distribution, there is an interval in which the procedure is not completely applicable. Apart from this interval, there was no significant difference in the results.

Keywords: steel column base plates, design methodologies, computational program.

O comportamento de uma estrutura em aço está diretamente relacionado ao tipo de base utilizada nos pilares, sendo esta essencial à estabilidade e segurança do sistema estrutural. A ABNT NBR 8800:2008 não aborda diretamente esse assunto e a ABNT NBR 16239:2013 apresenta formulações somente para bases de pilares tubulares. Neste trabalho, são apresentadas duas metodologias para o dimensionamento de bases de pilares que consideram as hipóteses de distribuição de tensões de contato uniforme e linear entre a placa de base e o concreto. Um programa computacional foi desenvolvido para dimensionar bases de pilares de aço considerando essas duas hipóteses. O programa foi validado com exemplos resolvidos manualmente e 200 bases foram dimensionadas para análise das metodologias. Foi detectada a existência de um intervalo para o qual a metodologia que considera a distribuição linear de tensões não é apropriada. Fora deste intervalo, observou-se pouca divergência entre os resultados.

Palavras-chave: bases de pilares de aço, metodologias para o dimensionamento, programa computacional