The aim of this study is to compare the load contour diagrams generated for rectangular RC cross-sections under combined axial compression and biaxial bending obtained by the two forms of analysis allowed by NBR 6118:2014 [1]: the first using the parabolic-rectangular stress-strain diagram (DPR) and the second using the rectangular (constant stress) diagram (DR). In order to compare the load contours generated, a reference crosssection was adopted for which the concrete strength class (from C20 to C90) and the deformation domains (4, 4a and 5) were varied for the study. It was studied whether the use of the different diagrams (DPR or DR) would provide greater (or smaller) resistant efforts for the same section. The results show that the use of the DR is only acceptable when the section is working up to the 4th domain. Above this domain, it was observed that the use of this diagram shows resistant efforts inferior to those calculated by the DPR. In addition, it was found that, for concretes with resistance class above C50, in oblique loading directions, the use of the DR presents higher resistant efforts than those calculated using the DPR.

Keywords: combined compression and biaxial bending, load contours, resistance assessment, reinforced concrete.

Esse trabalho tem o objetivo de comparar as envoltórias de resistência geradas para seções transversais retangulares de concreto armado solicitadas à flexo-compressão oblíqua a partir das duas formas de análise permitidas pela NBR 6118:2014 [1]: a primeira utilizando o diagrama tensão-deformação parábola-retângulo do concreto (DPR) e a segunda utilizando o diagrama retangular (simplificado) de tensões no concreto (DR). Para comparar as envoltórias geradas, adotou-se uma seção transversal de referência, onde variou-se a classe de resistência do concreto (de C20 a C90) e o domínio de deformação da peça (entre os domínios 4, 4a e 5) para o estudo. Foi aferido sobre qual diagrama (DPR ou DR) apresenta esforços resistentes maiores (ou menores) para uma mesma seção. Os resultados encontrados mostram que o uso do DR só se justifica quando a peça tiver trabalhando até o domínio 4. Acima desse domínio, foi observado que o uso desse diagrama apresenta esforços resistentes inferiores aos calculados pelo DPR. Além disso, verificou-se que, para concretos com classe de resistência acima de C50, em direções oblíquas de solicitação, o uso do DR apresenta maiores esforços resistentes do que os calculados utilizando o DPR.

Palavras-chave: flexo-compressão oblíqua, envoltórias resistentes, verificação de resistência, concreto armadono.

This paper studies the influence of the corrosion degree calculated by the mass loss and by the smaller diameters on the yield strength, ultimate strength and final elongation. Reinforcements buried and naturally corroded for 60 years were studied. The mechanical properties of the protruding reinforcing steel were compared to reference bars, which also remained buried for 60 years, but without going through the corrosion process. Micrographs, besides the chemical composition and the characterization of the aggressiveness of the soil were realized. The micrographs and the chemical composition show the presence of pits in the reinforcements and sulfur contents for steel above the prescriptions of the time when the foundations were initially implement, respectively. The results also show that the effects of pitting corrosion on the mechanical properties of the naturally corroded bars may not be adequately expressed by the mass loss. This type of corrosion (pits) produces geometric variations in the cross sections along the length of the test specimens, generating stress gradients between successive sections. This has a noticeable impact on the mechanical properties of the reinforcements. In general, the effects of corrosion are more pronounced on the ductility of the reinforcement. Regarding the aggressiveness of the soil, high corrosion rates were identified in the reinforcement, even with the soil being classified as essentially non-corrosive.

Keywords: reinforcement corrosion, durability, mass loss, smallest diameter, corrosion degree, mechanical properties.

Este artigo estuda a influência do grau de corrosão, calculado pela perda de massa e pelos menores diâmetros, sobre a resistência ao escoamento, limite de resistência e alongamento final em armaduras corroídas naturalmente. Essas armaduras permaneceram enterradas por 60 anos. As propriedades mecânicas das armaduras de espera foram comparadas às de barras de referência, que também permaneceram enterradas por 60 anos, mas sem sofrer o processo de corrosão. Foram realizadas micrografias, além da determinação da composição química e da caracterização da agressividade do solo onde as armaduras estavam enterradas. As micrografias e a composição química mostram a presença de pites nas armaduras e teores de enxofre acima das prescrições recomendadas para o aço na época de execução das fundações, respectivamente. Os resultados também mostram que os efeitos da corrosão por pites sobre as propriedades mecânicas das barras corroídas naturalmente podem não ser adequadamente expressos pela perda de massa. Esse tipo de corrosão (pites) produz variações geométricas nas seções transversais ao longo do comprimento dos corpos de prova, gerando gradientes de esforços entre seções sucessivas, que impactam de forma notória sobre suas propriedades mecânicas. De uma maneira geral, os efeitos da corrosão são mais pronunciáveis sobre a ductilidade das barras. Com relação à agressividade do solo, altas velocidades de corrosão foram identificadas nas armaduras, mesmo com o solo sendo classificado como essencialmente não corrosivo.

Palavras-chave: corrosão de armaduras, durabilidade, perda de massa, menor diâmetro, grau de corrosão, propriedades mecânicas.

Abstract

TThe fresh concrete lateral pressure generates a load that has great influence in the design of the formworks of columns, walls and lateral faces of the beams.Its prediction must be performed in such a way in order to approach precisely well over the rate values supported by the formworks, avoiding, therefore, the oversizing or undersizing of these temporary structures which represent up to 12% of the total cost of the construction. The calculation of the lateral pressure that fresh concrete exerts on the formworks involves several variables; one of them is the placement rate. The main objective of this work was to study the influence of the placement rate, in situ, on the lateral pressure of fresh concrete calculated from theoretical models presented by norms and international references. For this purpose, measurements of the placement rate were conducted on columns of five building work places at Goiânia city, Goiás, Brazil and it was calculated the maximum pressure supported by their respective formworks from the dimensions and spans between the supports of the components that constituted them. The obtained results indicate that the placement rate in the field observations reach 249 m/h, exceeding the values limited by the theoretical methods of calculation, and that the lateral pressure estimation produced from the placement rate measured in situ exceed the maximum values supported by the formworks up to 604 times. Thus, it was concluded that it is necessary to adjust equations to estimate the lateral pressure of fresh concrete at high rate of concrete placement, according to the current practices in the construction market.

Keywords: lateral pressure, formworks, columns, placement rate.

A pressão lateral do concreto fresco gera uma carga que possui grande influência no dimensionamento das fôrmas de pilares, paredes e faces laterais das vigas. Sua previsão deve ser realizada de modo que se aproxime bem dos valores suportados pelas fôrmas, evitando-se, assim, o superdimensionamento ou subdimensionamento dessas estruturas provisórias que representam até 12% do custo total da obra. O cálculo da pressão lateral que o concreto fresco exerce sobre as fôrmas envolve diversas variáveis, sendo uma delas a velocidade de concretagem. O principal objetivo deste trabalho foi estudar a influência da velocidade de concretagem sobre a pressão lateral do concreto fresco calculada a partir de modelos teóricos apresentados por normas e referências internacionais. Para isso, foram realizadas medições da velocidade de concretagem em pilares de cinco obras de Goiânia e calculadas as pressões máximas suportadas por suas respectivas fôrmas, a partir das dimensões e dos vãos entre os apoios dos elementos que as constituíam. Os resultados obtidos apontam que as velocidades de concretagem em campo chegam a 248,57 m/h, superando os valores limitados pelos métodos teóricos de cálculo, e que as estimativas da pressão realizadas a partir das velocidades medidas in loco ultrapassam os valores máximos suportados pelas fôrmas em até 603,75 vezes. Assim, concluiu-se que é necessária a formulação de equações para estimar a pressão lateral do concreto fresco a altas velocidades de concretagem, conforme as atuais práticas no mercado da construção civil.

Palavras-chave: pressão lateral, fôrmas para concreto, pilar, velocidade de concretagem.

Abstract

One of the most widespread methods to the nonlinear analysis of structures is the Finite Element Method (FEM). However, there are phenomena whose behavior is not satisfactorily simulated by the standard FEM and this fact has quickened the development of new strategies such as the Generalized Finite Element Method (GFEM), understood as a variation of the FEM. In parallel, nonlinear analysis of concrete structures requires the use of constitutive models that represents the nucleation and propagation of cracks. In this paper it is used an anisotropic constitutive model, based on the microplane theory, which is able to represent the behavior of concrete structures, together with the GFEM approach. These resources are incorporated on the INSANE system (INteractive Structural ANalysis Environment), used in the numerical simulations presented here to demonstrate the feasibility of using the GFEM enrichment strategy, in the nonlinear analysis of concrete structures, with validation made from comparisons with experimental results available in the literature.

Keywords: INSANE system, physically nonlinear analysis, microplane theory.

Um dos métodos numéricos mais difundidos para a análise não linear de estruturas é o Método dos Elementos Finitos (MEF). No entanto, há fenômenos cujo comportamento não é satisfatoriamente representado pela forma convencional do MEF e isso tem estimulado o desenvolvimento de novas estratégias, como o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG), entendido como uma variação no MEF. Em paralelo, a análise não linear de estruturas de concreto exige o uso de modelos constitutivos que representem a nucleação e propagação de trincas. Neste trabalho, é usado um modelo constitutivo anisotrópico, baseado na teoria de microplanos, capaz de representar o comportamento de estruturas de concreto, juntamente com a aproximação MEFG. Tais recursos estão incorporados no sistema INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), usado nas simulações numéricas aqui apresentadas com objetivo de demonstrar a viabilidade do uso da estratégia de enriquecimento do MEFG, na análise não linear de estruturas de concreto, com validação realizada a partir de comparações com resultados experimentais disponíveis na literatura.

Palavras-chave: sistema INSANE, análise fisicamente não linear, teoria de microplanos.

Abstract

The study of alternative binders to Portland cement, such as geopolymer cements, offers the chance to develop materials with different properties. With this purpose, this study evaluated experimentally the mechanical behavior of a geopolymer concrete beam and compared to a Finite Element (FE) nonlinear numerical model. Two concrete beams were fabricated, one of Portland cement and another of metakaolin-based geopolymer cement. The beams were instrumented with linear variable differential transformers and strain gauges to measure the deformation of the concrete and steel. Values for the compressive strength of the geopolymer cement concrete was 8% higher than the Portland cement concrete (55 MPa and 51 MPa, respectively) and the tensile rupture strength was also 8% higher (131 kN) for the geopolymer concrete beam in relation to Portland cement concrete beam (121 kN). Distinct failure mechanisms were verified between the two samples, with an extended plastic deformation of the geopolymer concrete, revealing post-fracture toughness. The geopolymer concrete showed higher tensile strength and better adhesion in cement-steel interface.

Keywords: concrete, geopolymer, beam, finite element

O estudo de aglomerantes alternativos ao cimento Portland, como os cimentos geopoliméricos, contribui para o desenvolvimento de materiais com diferentes propriedades. Com este objetivo, nesta pesquisa, foi avaliado experimentalmente o comportamento de vigas de concreto comparando com modelo numérico utilizando Elementos Finitos. Foram fabricadas duas vigas de concreto, uma utilizando cimento Portland e outra utilizando cimento geopolimérico. As vigas foram instrumentadas com LVDT´s e strain gauges para medir a deformação do concreto e do aço. A resistência à compressão do concreto geopolimérico foi 8% superior em relação ao concreto de cimento Portland (55 MPa e 51 MPa, respectivamente) e a tensão de ruptura a flexão também foi 8% superior para a viga de concreto geopolimérico (131 kN) em relação a viga de concreto de cimento Portland (121 kN). Mecanismos distintos de ruptura foram observados, com maior deformação plástica para viga de concreto geopolimérico, mostrando sua tenacidade. O concreto geopolimérico apresentou maior resistência de aderência à tração e maior coesão na interface com a armadura.

Palavras-chave: concreto, geopolímero, viga, elementos finitos

Abstract

The main cause of concrete structures deterioration is related to the resistance against the penetration of aggressive agents. Aiming at increase the impermeability and reduce the diffusivity of concrete elements, making it less susceptible to the ingress of chloride ions, the use of crystalline catalyst emerges as a good alternative. Its mechanism of autogenous healing enhances the natural pore-filling process of concrete. The aim of this study is to investigate the influence of the use of crystalline catalyst on the chloride ions penetration and service life prediction of concrete. For the concrete mixtures production, it was used blast-furnace slag blended cement, three different water/cement (w/c) ratios (0.45; 0.55; 0.65), with and without crystalline catalyst, totaling six different mixtures. The concrete specimens were cured in a moist chamber and tested at 28 and 91 days. It was performed tests of compressive strength, rapid chloride permeability (ASTM C1202:12), and silver nitrate colorimetric indicator. The results show that, compared to the reference mixture, the use of crystalline catalyst conserved the compressive strength and reduced the chloride ions penetration up to 30%, increasing service life up to 34%.

Keywords: durability, reinforced concrete, chloride ions, crystalline admixture.

A razão predominante da deterioração das estruturas de concreto armado está relacionada com a capacidade de resistência contra a penetração de agentes agressivos. A fim de favorecer a elevação da estanqueidade de elementos de concreto e a redução da difusividade dos concretos, tornando-os menos suscetíveis ao ingresso de íons cloreto, a utilização de aditivo cristalino desponta como opção muito interessante. Seu mecanismo de autocicatrização autógena potencializa o processo de colmatação natural do concreto. Este trabalho objetivou investigar a influência da utilização desses aditivos autocicatrizantes cristalinos no que tange ao avanço de íons cloreto e à estimativa de vida útil em concretos. Para a produção dos concretos foi utilizado cimento Portland com escória de alto forno, considerando três relações água/cimento (0,45; 0,55; 0,65), sem e com o aditivo cristalino, totalizando seis proporções de materiais. Os corpos de prova foram curados em câmara úmida e ensaiados nas idades de 28 e 91 dias. Foram realizados ensaios de compressão axial, penetração acelerada de íons cloreto, ASTM C1202:12, e ensaios de indicadores colorimétricos com aspersão de nitrato de prata. Após análise efetuada, os resultados demonstraram que, comparativamente ao concreto de referência, o uso do aditivo cristalino resultou na conservação da resistência à compressão em concretos, na redução da penetração de cloretos em até 30%, e, na elevação da vida útil de projeto, VUP, em até 34%.

Palavras-chave: durabilidade, concreto armado, íons cloreto, aditivo cristalino.

Abstract

The paper presents some results from Rosa’s [1] research that aimed to verify the effect of creep and shrinkage of the concrete in soil-structure interaction. The construction consists in a 17 storeys building. It is set down on shallow foundation, in the central part of the construction, and steel piles, on the boundary. The structure was submitted to instrumentation during construction, including the monitoring of foundation settlements and columns deformation. It was possible to compare the structural design with a numerical refined structural analysis. Comparisons of the structural and foundation design with and without due consideration of soil-structure interaction are also presented. Finally, the different design assumptions were confronted with instrumentation results, both related to foundation settlements and to columns loading as well. Attention is pointed out on the effect of concrete creep and shrinkage in the soil-structure interaction analysis.

Keywords: soil-structure interaction, foundation settlements, instrumentation.

O presente artigo apresenta alguns resultados da pesquisa de Rosa [1], que teve por objetivo verificar o efeito da fluência e retração do concreto na interação solo-estrutura. Foi analisada uma edificação com 17 pavimentos mais subsolo, em fundação mista, submetida à instrumentação de campo contemplando o monitoramento de recalques e deformação de alguns pilares, ao longo do processo construtivo. Foi possível comparar o projeto do calculista com uma análise numérica mais refinada. Também se comparou o projeto, sem considerar e considerando a interação solo-estrutura. Finalmente, os diferentes cenários de projeto foram confrontados com os resultados experimentais, tanto em relação aos recalques como aos esforços nos pilares instrumentados. Atenção particular foi dada ao efeito da consideração da fluência e retração do concreto na análise da interação solo-estrutura.

Palavras-chave: interação solo-estrutura, recalque, instrumentação

Abstract

The tunnel design is a subject that demands a three-dimensional analysis dealing with two different players: lining and rockmass. The traditional methods of getting the necessary parameters for design do not consider a correct interaction between the two players, but the New Implicit Method (NIM) takes this characteristic in its core and develops some formulations for elastic, plastic and viscous rockmasses. Understanding that the stiffness of the lining and the distance between the lining and the tunnel face change the convergence of the tunnel, a code in MatLab for NIM is validated through Finite Element (FEM) with its results being presented. The validation of this method was compared with FEM analysis and the results obtained an average accuracy of 12% what represents a good approximation regarding geotechnical issues.

Keywords: tunnel design, new implicit method, elastic, plastic and viscoplastic rockmass, convergence.

O dimensionamento de túneis requer uma análise tridimensional lidando com duas estruturas muito diferentes: o maciço e o revestimento. Os mé- todos simplificados tradicionais de dimensionamento de túneis não consideram a correta interação entre essas duas estruturas. O “Novo Método Implícito” leva em consideração a correta interação e é desenvolvido para maciços elásticos, plásticos e viscoplásticos. O parâmetro chave desta interação é a convergência no instante da colocação do revestimento que é afetada, entre outros, pela rigidez do revestimento. Um código em MatLab do NIM foi desenvolvido e validado com resultados de cálculos numéricos em elementos finitos. Os resultados desta comparação fornecem uma precisão de 12%, demonstrando um ótimo resultado para obras geotécnicas.

Palavras-chave: dimensionamento de túneis, Novo Método Implícito, maciços elásticos, plásticos e viscoplásticos, convergência

Abstract

The installation of new reinforcing bars onto an existing structure is a common practice in civil construction both for old and new structures. The use of anchors has been extensively studied and normalized. The placement of steel reinforcement bars in holes filled with epoxy resin, despite their wide use, still lacks a satisfactory methodology for the design of such systems. In this context, the aim of this paper is to present the results of an experimental programme for confined pullout tests, comparing the performance of cast steel reinforcement bars to that of bars bonded to concrete with epoxy resin. The investigated test parameters included the bar diameter, the embedment length and the resin thickness. Tests results showed a significant efficiency of epoxy resin as structural bonding agent and allowed the verification of sizeable reduction in the anchorage lengths for bonded bars.

Keywords: pullout tests, bond, retrofit, epoxy resin.

A fixação de armaduras novas em estrutura existente é prática usual na construção civil, tanto em construções novas como em antigas. A aplica- ção de chumbadores já está bastante estudada e regulamentada. A fixação de barras de alta resistência em furos preenchidos com resina epóxi, apesar de amplamente utilizada, ainda não dispõe de metodologia satisfatória para o dimensionamento desses sistemas. Neste artigo apresenta- -se os resultados de um programa experimental que teve por objetivo estudar a ligação de barras coladas ao concreto com resina epóxi através de ensaios de arrancamento, onde foram testados diferentes diâmetros de barras, de comprimentos de colagem e de espessuras de resina. Os resultados dos ensaios mostraram a grande eficiência da resina epóxi como adesivo estrutural e permitiram verificar reduções significativas nos comprimentos de ancoragem das armaduras coladas.

Palavras-chave: ensaio de arrancamento, aderência, resina epóxi, recuperação estrutural.

Abstract

Cellular concrete is a lightweight concrete obtained by aerating agent, which produces air-voids into the mixture. This work deals with bond between cellular concrete and steel rebars. Pull-out tests of 4,2 mm diameter rebars partly immersed into concrete cylinders were made. Concrete unit weight variation and setting of a transverse rebar into the concrete cylinder center constitute the variables of the work. Three types of mixture were prepared: one without aerating agent (with a dry unit weight of 2255 kg/m3 ), and two with different aerating agent rates (with a dry unit weight equal to 1565 and 1510 kg/m3 ). The study revealed the large decrease of bond stress between 4,2 diameter rebars and cellular concrete, due to concrete unit weight reduction. Transverse rebar introduced into concrete cylinder center increased the ultimate pull-out force of the test: the gain of bond produced by the transverse rebar grew up when the cellular concrete unit weight had been reduced. Therefore, special anchorages (not exclusively straight), permitting bond improvement between cellular concrete and rebars could be a solution to improve the mechanical performance of cellular concrete.

Keywords: cellular concrete, bond stress, anchoring.

O concreto celular, que se caracteriza por ter um peso próprio reduzido pela incorporação artificial de ar, pode constituir uma alternativa sustentá- vel ao concreto comum nas estruturas de pequeno e médio porte. O presente trabalho trata da avaliação da aderência entre o concreto celular e as barras de aço. Foram realizados ensaios de arrancamento com barras de diâmetro igual a 4,2 mm, parcialmente imersas em corpos-de-prova cilíndricos de concreto. A taxa de agente espumígeno no concreto e a presença ou não de uma barra transversal dentro do cilindro, simulando uma condição mais próxima ao uso de tela de aço, constituem as variáveis da pesquisa. Foram utilizadas três dosagens de concreto, com massa especí- fica aparente de 2255, 1565 e 1510 kg/m3 . Pelo arrancamento de barras simples de diâmetro igual a 4,2 mm, notou-se o forte decréscimo da tensão de aderência junto com o rebaixamento da massa específica aparente do concreto. A barra transversal permitiu obter um ganho de resistência ao arrancamento da barra longitudinal, que cresceu junto com o rebaixamento da massa específica do concreto celular. Assim, a utilização de ancoragens especiais (não exclusivamente retas), pode se tornar uma solução para melhorar o desempenho mecânico do concreto celular.

Palavras-chave: concreto celular, aderência, ancoragem.

Abstract

A concrete structural member when kept under sustained load presents progressive strains over time, associated to the material creep. The fresh concrete consistency, specially, exerts some effect on that phenomenon. The pioneering formulations developed to modelling the creep of concrete are applicable, directly, to the cases for which the stress magnitude remains constant. Its application to reinforced concrete structural members, that exhibits changes in the magnitude of the stresses over such a time dependent phenomenon, requires simplifications from which result the memory models, whose implementation presents the disadvantage of involving the history of the stresses storage. The State Models were developed to overcome these difficulties, as they result of integral calculus scheme improvement, dispensing such computational memory storage. The subject of this work is the analysis of creep strains on reinforced concrete thin-walled columns, emphasizing the fresh concrete consistency efecct, on the base of a state model, fixing the values of its physical parameters from the NBR 6118/14 proceedings [1]. The obtained results showed the occurrence of stresses transfer from the mass of the concrete to the reinforcement steel bars, that was more pronounced in those cases for which the slump test abatement were the highest and, in some cases, including, it induced the material yielding condition.

Keywords: reinforced concrete, thin-walled-column, creep, modelling.

Um elemento de concreto, mantido sob tensão de compressão, apresenta contração progressiva no decorrer do tempo, associada à deformação lenta. Em Pilares Parede de concreto armado, as deformações por fluência promovem a transferência de esforços da massa de concreto para as barras da armadura de aço, podendo induzi-las ao escoamento. As formulações pioneiras do efeito de fluência, desenvolvidas com base no coeficiente de fluência, são aplicáveis, sobretudo, quando as tensões se mantêm constantes. Sua aplicação a elementos de concreto armado, por apresentarem variações de tensões no decorrer da manifestação do fenômeno, requer simplificações das quais resultam os modelos de memória, que têm a desvantagem de exigir o armazenamento do histórico de tensões. Os modelos de estado dispensam tal robustez de armazenamento, sendo desenvolvidos a partir do melhoramento do esquema de integração. O objetivo deste trabalho é a análise do efeito de fatores influentes nas deformações por fluência em Pilares Parede de concreto armado, sobretudo, a consistência do concreto fresco, realizada com base em modelo de estado com parâmetros fixados conforme recomendações da NBR 6118/2014.

Palavras-chave: fluência, concreto armado, pilares parede, simulação.