This article presents a study on the reliability of internal column-slab connection under punching, design according to the Brazilian Standard NBR 6118:2014. The evaluation of reliability was made by comparing the reliability index β with the target reliability index recommended by the Model Code fib-2010. The reliability indexes were calculated through statistical analysis of the data obtained with numerical simulations using the Monte Carlo method. The results showed that, for most slabs, the indexes of reliability β presented satisfactory results. However, some of the tested slabs presented results below the assumed limits. There for, this article suggests that the Brazilian Standard NBR 6118:2014 is appropriate for most flat slabs without shear reinforcement.

Keywords: structural reliability, flat slabs, punching, reinforced concrete.

Este artigo apresenta um estudo sobre a confiabilidade da ligação laje-pilar interno de lajes lisas, sem armadura de cisalhamento, sob punção, dimensionadas de acordo com a norma brasileira NBR 6118:2014. A avaliação da confiabilidade foi feita através da comparação do índice de confiabilidade β com o índice de confiabilidade alvo recomendado pelo Código Modelo 2010 da fib. Os índices de confiabilidade foram calculados a partir da análise estatística dos dados obtidos com simulações numéricas utilizando o Método de Monte Carlo, com amostragem por Latin Hypercube, através do software ANSYS. Os resultados encontrados mostram que, para a maior parte das lajes analisadas nesse trabalho, os índices de confiabilidade β apresentam resultados satisfatórios. Entretanto, algumas das lajes analisadas apresentam resultados abaixo dos limites estabelecidos. Assim, o estudo indica que a NBR 6118:2014 está adequada para a maioria das lajes lisas sem armadura de cisalhamento.

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

This work was conducted to evaluate the hardening phenomenon of pastes formulated with Portland cements blended with limestone filler (CPIIF), ground blast furnace slag (CPIIE) or pozzolan (CPIIZ). Vicat test, isothermal conduction calorimetry and oscillatory rheometry were the methods used to monitor this transition. The results of Vicat test indicates the faster setting time of pozzolan cement, but no information before this time was obtained. Using isothermal calorimetry was possible to monitor the related changes to the chemical reactions since the first contact with water, and using rheometry, the rate and force of cement particles agglomeration. The main purpose of this work was not extensively explain the results of these three methods, but show that they are complementary to better explain the transition from fluid-to-solid behavior in function of different kind of mineral addition.

Keywords: vicat-test, isothermal calorimetry, oscillatory rheometry, supplementary cementitious materials, Portland cement.

Este trabalho foi realizado para avaliar o fenômeno de endurecimento de pastas formuladas com cimentos Portland compostos: calcário (CPIIF), escória granulada de alto forno (CPIIE) ou pozolana (CPIIZ). Ensaio Vicat, calorimetria de condução isotérmica e reometria oscilatória foram os métodos utilizados para monitorar tal transição. Os resultados do ensaio Vicat indicaram menor tempo de pega na composição com o cimento de pozolana, mas nenhuma informação anterior a esse tempo foi obtida. Usando calorimetria isotérmica foi possível monitorar as alterações relacionadas às reações químicas desde o primeiro contato com a água, e aplicando os conceitos de reometria, obteve-se informações sobre a taxa e força de aglomeração de partículas dos cimentos. O objetivo principal não foi explicar extensivamente os resultados destes três métodos, mas mostrar que são complementares para compreender melhor a transição do comportamento fluido para sólido em função de diferentes tipos de adição mineral. Os resultados obtidos para estes três ligantes, com diferentes SCMs, mostraram que seu desempenho é bastante diferente do ponto de vista da hidratação inicial, e consequentemente, pode ser questionado se podem ser considerados intercambiáveis em misturas de concreto ou argamassas com a mesma finalidade.

Palavras-chave: Vicat, calorimetria isotérmica, reometria oscilatória, material cimentício suplementar, cimento Portland.

Abstract

This paper presents an experimental study with numerical modeling of Crestbond shear connectors applied in concrete filled tube columns. The Crestbond, which consists in a steel plate with indented dovetails, was originally conceived for composite beams and is now being proposed as an alternative device for load introduction and shear transfer at the steel-concrete interface in concrete filled tube columns. The results achieved in this work were very favorable to the new application proposed for the connector as high values of shear strength were obtained. Moreover, the numerical and experimental results enabled comparative analysis and investigations regarding the influence of concrete conditions and the geometry of the column section on the mechanical properties of the connector.

Keywords: crestbond shear connectors, concrete filled tube columns, push test, FEM modeling.

Esse trabalho apresenta um estudo experimental com modelagem numérica de conectores Crestbond aplicados em pilares mistos preenchidos com concreto. O Crestbond, caracterizado por chapa de aço com recortes regulares trapezoidais e originalmente concebido para vigas mistas, é proposto como um elemento para introdução de carga e transferência de cisalhamento na interface aço-concreto de pilares mistos preenchidos com concreto. Os resultados alcançados nesse trabalho foram favoráveis à nova aplicação proposta para o conector, uma vez que foram obtidos valores elevados de resistência ao cisalhamento. Além disso, os resultados numéricos e experimentais permitiram análises comparativas e investigações acerca da influência das condições do concreto e da geometria da seção do pilar nas propriedades mecânicas do conector.

Palavras-chave: conectores de cisalhamento Crestbond, pilares mistos preenchidos com concreto, ensaio de cisalhamento, modelo em elementos finitos.

Abstract

Ribbed slabs have been widely used in buildings due to their many advantages, especially the decrease of concrete below the neutral line. This paper presents an experimental and computational study on ribbed slabs with wide-beam, two one-way slabs and two two-way slabs, with variable depths were tested to evaluate their resistance to punching and shear strength of slabs. Experimental and computational results showed that the wide-beam ribs connection is a critical point in the design of the slabs due to the difference in stiffness in the transition zone. Best results for the ultimate load estimates for ribs were provided by EC 2 (2004), while estimates of ACI 318 (2008) and NBR 6118 (2014) were respectively conservative and unsafe. Test results on slabs also revealed that the Brazilian alternative to analysis ribbed slabs as solid ones failed to give satisfactory results.

keywords: l ribbed slabs, reinforced concrete, ribs, wide-beam.

As lajes nervuradas têm sido largamente utilizadas devido às suas diversas vantagens, especialmente à redução de concreto abaixo da linha neutra. Este artigo apresenta um estudo sobre lajes nervuradas em que quatro lajes com viga-faixa, sendo duas bidirecionais e duas unidirecionais, foram ensaiadas para avaliar a resistência à punção e ao cisalhamento das lajes. Os resultados mostraram que a ligação viga-faixa-nervuras é um ponto crítico de projeto devido à diferença de rigidez na zona de transição. Os melhores resultados para estimar a resistência última das lajes foi fornecido pelo EC 2 (2004), enquanto as estimativas da ACI 318 (2008) e da NBR 6118 (2014) foram, respectivamente, conservadoras e contra a segurança. Os resultados dos testes também mostraram que a recomendação da norma brasileira em adotar procedimentos de análise das lajes nervuradas como lajes maciças não forneceram resultados satisfatórios.

Palavras-chave: lajes nervuradas, concreto armado, nervuras, viga-faixa.

Abstract

This paper carries out a design analysis of reinforced concrete beams with steel fibers following the fib Model Code 2010 (MC 2010) procedures. The values obtained from the design calculations are compared with the experimental results of reinforced concrete beams with 20kg/m3 and 60 kg/m3 of steel fibers submitted to four-point bending tests. In the first part, the procedures for the classification and characterization of the material are explained. The experimental results of three-point bending tests performed on notched steel fiber reinforced concrete (FRC) beams following EN 14651 procedures are described. Moreover, the characterization of the FRC beams according to MC 2010, are carried out. In the second part, the flexural design of reinforced concrete beams with steel fibers, according to MC 2010, is carried out. A sectional analysis is performed in order to obtain the moment-curvature and the force-vertical displacement curves. The theoretical values are compared with the experimental results. Besides, a linear statistic analysis by means of the Rule of Mixture is carried out in order to analyze the variation of the flexural capacity of the reinforced beams with different amounts of steel fibers. The results demonstrated that the design rules described in the MC 2010 are on the safe side. The flexural resistance of concretes with different amounts of fiber incorporation can be determined by the Rule of Mixture, which has shown a high correlation factor (R2 ) with the experimental values.

Keywords: fiber reinforced concrete, design procedures, mechanical behavior, constitutive law, rule of mixture.

Este artigo faz uma verificação de vigas de concreto armado reforçadas com fibras de aço (CARF) seguindo as recomendações do fib Model Code 2010 (MC 2010). Os modelos de cálculo são comparados com os resultados experimentais de vigas de concreto armado reforçadas com 20 kg/m3 e 60 kg/m3 de fibras de aço, submetidas a ensaios de flexão em quatro pontos. Na primeira parte é descrito o procedimento para a classificação e caracterização do material. São apresentados os resultados dos ensaios à flexão em três pontos de vigas entalhadas de concreto reforçado com fibras de acordo com as prescrições da EN 14651. Além disso, é realizada a caracterização das vigas de CRF seguindo as recomendações do MC 2010. Na segunda parte é realizada a verificação à flexão das vigas de CARF seguindo os procedimentos de cálculo recomendados pelo MC 2010. É feita uma análise seccional pelo método das lamelas para a obtenção das curvas momento-curvatura e força-deslocamento vertical. Os resultados são comparados com os valores experimentais. Além disso, é realizada uma análise estatística linear a partir da Regra da Mistura (Rule of Mixture) para verificar a variação da resistência à flexão das vigas em função da quantidade de fibras incorporadas no concreto. Os resultados demonstraram que os procedimentos de cálculo descritos no MC 2010 estão a favor da segurança. A determinação da resistência à flexão de concretos com diferentes teores de fibras pode ser obtida a partir da Regra da Mistura, que mostrou um alto grau de correlação R2 em relação aos valores experimentais.

Palavras-chave: concreto reforçado com fibras; análise estrutural, comportamento mecânico, leis constitutivas, regra da mistura.

Abstract

For the range of medium spans, around 30 to 40m, composite footbridges are getting popular in Brazil. This kind of structure consists on longitudinal steel truss beams providing support for a concrete deck usually made of precast elements. Typical examples of these structures may be found in many cities in Brazil, especially in Brasilia where a large number of highways demanded a significant set of footbridges. Due to the amount of this kind of composite footbridges in Brazil, studies concerning their mechanical behavior are required in order to ensure pedestrian’s safety. For this end, in this paper, a typical Brazilian composite footbridge located in Brasilia is analyzed by means of experimental tests and computational modeling. The focus is the determination of natural frequencies and mode shapes. Strategies to correctly obtain the vertical modes are also discussed since vertical vibration is the main vibration problem expected for the tested footbridge. The obtained results showed that structural balance between stiffness and mass leads to natural frequencies out of the critical frequency range excited by pedestrians in normal use, although the idea was not to measure how these parameters, mass or stiffness, could influence the model. Moreover, Finite Element models were evaluated comparing complexity versus accuracy to predict modal parameters.

Keywords: numerical analysis, dynamic behavior, footbridge, finite element models.

Para vãos medianos, entre 30 e 40 m, passarelas de pedestres mistas tem se tornado bastante populares no Brasil. Esse tipo de estrutura consiste em treliças e vigas longitudinais de aço que suportam uma plataforma de concreto, usualmente composta por elementos pré-moldados. Exemplos típicos dessas estruturas podem ser encontrados em muitas cidades no Brasil, particularmente em Brasília onde um grande número de rodovias requer um conjunto significativo de passarelas de pedestres. Devido a existência de uma relevante quantidade de estruturas do tipo, passarelas compostas, no Brasil, estudos a respeito de seu comportamento mecânico são necessários a fim de garantir a segurança dos pedestres. Com este propósito, neste artigo, uma passarela de pedestres mista localizada na cidade de Brasília é analisada por meio de testes experimentais e modelagem computacional. O foco é a determinação das frequências naturais e modos de vibração. Estratégias para a correta obtenção dos modos verticais também são discutidas uma vez que a vibração vertical é o principal problema esperado para a estrutura analisada. Os resultados obtidos mostraram que um equilíbrio entre rigidez e massa leva a frequências naturais fora do intervalo de frequências críticas excitadas pelos pedestres em uso normal, embora a ideia não tenha sido medir como esses parâmetros, massa e rigidez, poderiam influenciar o modelo. Além disso, modelos em elementos finitos foram avaliados comparando complexidade versus precisão para a determinação dos parâmetros modais.

Palavras-chave: análise numérica, comportamento dinâmico, passarela de pedestres, modelos de elementos finitos.

Abstract

The average strain on a building due to the action of the wind, can be significantly altered when considering the presence of one or more neighboring buildings. Such changes can be considered through the use of coefficients that take into account the distance that the neighboring building is from the building being studied. The present work was developed in order to verify the values currently adopted by the Brazilian standard that regulates the wind action in buildings. With the use of a wind tunnel, several tests were carried out in a standardized building considering the presence of other buildings with similar dimensions close to it. The distances between the buildings, the quantity and the layout of the neighboring buildings were taken into consideration. It was possible to conclude that, in general, the presence of the neighboring buildings produced an increase on the strain. Interference, in many situations, increased strain above the rates suggested by the current Brazilian wind action standard.

Keywords: wind action, neighborhood effects, aerodynamics of buildings.

Os esforços médios atuantes em uma edificação devidos à ação do vento, podem ser significativamente alterados quando se considera a presença de um ou mais edifícios vizinhos. Tais alterações podem ser consideradas através da utilização de coeficientes que levem em conta a distância que o edifício vizinho está da edificação em estudo. O presente trabalho foi desenvolvido no intuito de verificar os valores atualmente adotados pela norma brasileira que regula a ação do vento em edificações. Com a utilização de um túnel de vento, foram feitos vários ensaios em um edifício padronizado considerando a presença de outros edifícios com dimensões idênticas próximos a ele. Considerou-se o afastamento entre os edifícios, além da quantidade e da disposição das edificações vizinhas. Pôde-se concluir que, de maneira geral, a presença das edificações vizinhas produziu a majoração dos esforços. As interferências, em muitas situações, elevaram os esforços acima dos índices sugeridos pela atual norma brasileira de ação do vento.

Palavras-chave: ação do vento, efeitos de vizinhança, aerodinâmica de construções.

Abstract

Sulfate attack is a term used to describe a series of chemical reactions between sulfate ions and hydrated compounds of the hardened cement paste. Thus, the chemical composition of the binders used is important for the durability of the structure against this aggressive agent. The objective of the present research is to evaluate the influence of sodium and magnesium sulfates on physical properties (linear expansion, flexure tensile strength, and compressive strength) of mortars composed by SR cement (CP V - ARI RS), as commercially sold in Brazil. The results indicate that SR cement complies the requirements established by Brazilian standards, as to chemical composition and resistance to sodium sulfate. However, for magnesium sulfate, SR cement was harmful to mortars mainly in mechanical.

Keywords: durability, sulfate attack, sodium sulfate, magnesium sulfate

O ataque por sulfatos é um termo usado para descrever uma série de reações químicas entre íons sulfato e compostos hidratados da pasta de cimento endurecida. Deste modo, a composição química dos aglomerantes utilizados é de suma importância para a durabilidade da estrutura frente a este agente agressivo. O presente trabalho objetiva a avaliação das propriedades físicas (expansão linear, resistência à tração na flexão e de resistência à compressão) de argamassas compostas por cimento do tipo RS (CP V – ARI RS), conforme comercialmente vendido no Brasil, frente ao ataque por sulfatos de sódio e de magnésio. Os resultados indicam que o cimento RS cumpre as exigências estabelecidas por norma, quanto à composição química e quanto à resistência ao sulfato de sódio. Porém, para o sulfato de magnésio, o cimento RS foi prejudicial às argamassas, pincipalmente nas avaliações de resistências mecânicas. Indicando que este cimento RS não é uma boa opção para exposição ao MgSO4 .

Palavras-chave: durabilidade, ataque por sulfatos, sulfato de sódio, sulfato de magnésio.

Abstract

This paper presents a study of the effects caused by soil-structure interaction in reinforced concrete wall building on shallow foundation. It was verified the influence of displacements of supports on the redistribution of internal forces in the structural walls and in the redistribution of loads on the foundation. The superstructure was represented by shell finite elements and the soil-structure interaction was evaluated by iterative methods that consider the stiffness of the building, the soil heterogeneity and the group effect of foundation elements. An alternative model that considers the soil-structure interaction is adopted and the concrete walls are simulated by bar elements. The results indicate that the soil-structure interaction produces significant changes of the stress flow, with larger influences on the lower walls, as well as a tendency of settlements standardization and load migration to supports with smaller settlements.

Keywords: reinforced concrete wall building, structural analysis, shallow foundation, soil-structure interaction.

Este artigo apresenta um estudo dos efeitos causados pela interação solo-estrutura em um edifício de paredes de concreto moldadas no local sobre fundações superficiais. Foi verificada a influência do deslocamento dos apoios na redistribuição dos esforços das paredes estruturais e dos carregamentos das fundações. A superestrutura foi discretizada em elementos finitos de casca e a interação solo-estrutura foi avaliada através de métodos iterativos, que consideram a rigidez da edificação, a heterogeneidade do solo e o efeito de grupo das fundações. Um modelo alternativo, em que a interação solo-estrutura é considerada de maneira simplificada e as paredes de concreto são discretizadas por elementos de barra, foi proposto e avaliado. Os resultados indicam que a interação solo-estrutura produz uma significativa modificação no fluxo de tensões, com maior influência nas paredes inferiores, bem como uma tendência de uniformização dos recalques e migração de carga para os apoios de menor recalque.

Palavras-chave: edifícios de paredes de concreto, análise estrutural, fundação superficial, interação solo-estrutura.

Abstract

This paper describes the parametric analysis applied to assess the influence of column anchorage-reinforcement length on concrete two-pile caps under uniform compression. The non-linear numerical analysis was conducted with the bi-dimensional elements of ATENA 2D software, considering perfect adherence between steel and concrete. Simulation was based on the experimental reference model by Munhoz [1], which was the parameter adopted to validate the numerical modeling. From the validated model, four different anchorage reinforcement lengths were adopted, 34,0 cm, 20,0 cm, 10,0 cm e 3,0 cm, in order to compare pile caps behavior after these changes. Pile cap simulations presented similar behavior, i.e., column anchorage reinforcement length is not a preponderant factor for the internal mechanisms that regulate the function of these elements.

Keywords: reinforced concrete, pile caps, anchorage, numerical analysis, finite elements.

Este artigo analisa parametricamente a influência do comprimento da armadura de ancoragem do pilar em um bloco de concreto sobre duas estacas, submetido à compressão uniforme. A análise numérica não linear é realizada com o emprego dos elementos finitos bidimensionais do programa computacional ATENA 2D, considerando aderência perfeita entre aço e concreto. A simulação é baseada em um modelo experimental de referência, oriundo da pesquisa de Munhoz [1], utilizado como parâmetro para validar a modelagem numérica. A partir do modelo validado, adotaram-se quatro comprimentos diferentes de ancoragem das armaduras do pilar, sendo 34,0 cm, 20,0 cm, 10,0 cm e 3,0 cm, a fim de comparar o comportamento dos blocos após essas alterações. As simulações dos blocos apresentaram comportamentos semelhantes, ou seja, o comprimento das armaduras de ancoragem dos pilares não é um fator preponderante para os mecanismos de funcionamento interno desses elementos.

Palavras-chave: concreto armado, blocos sobre estacas, anccoragem, análise numérica, elementos finitos.

Abstract

This paper describes the parametric analysis applied to assess the influence of column anchorage-reinforcement length on concrete two-pile caps under uniform compression. The non-linear numerical analysis was conducted with the bi-dimensional elements of ATENA 2D software, considering perfect adherence between steel and concrete. Simulation was based on the experimental reference model by Munhoz [1], which was the parameter adopted to validate the numerical modeling. From the validated model, four different anchorage reinforcement lengths were adopted, 34,0 cm, 20,0 cm, 10,0 cm e 3,0 cm, in order to compare pile caps behavior after these changes. Pile cap simulations presented similar behavior, i.e., column anchorage reinforcement length is not a preponderant factor for the internal mechanisms that regulate the function of these elements.

Keywords: reinforced concrete, pile caps, anchorage, numerical analysis, finite elements.

Este artigo analisa parametricamente a influência do comprimento da armadura de ancoragem do pilar em um bloco de concreto sobre duas estacas, submetido à compressão uniforme. A análise numérica não linear é realizada com o emprego dos elementos finitos bidimensionais do programa computacional ATENA 2D, considerando aderência perfeita entre aço e concreto. A simulação é baseada em um modelo experimental de referência, oriundo da pesquisa de Munhoz [1], utilizado como parâmetro para validar a modelagem numérica. A partir do modelo validado, adotaram-se quatro comprimentos diferentes de ancoragem das armaduras do pilar, sendo 34,0 cm, 20,0 cm, 10,0 cm e 3,0 cm, a fim de comparar o comportamento dos blocos após essas alterações. As simulações dos blocos apresentaram comportamentos semelhantes, ou seja, o comprimento das armaduras de ancoragem dos pilares não é um fator preponderante para os mecanismos de funcionamento interno desses elementos.

Palavras-chave: concreto armado, blocos sobre estacas, anccoragem, análise numérica, elementos finitos.

Abstract

Pervious concrete may be used for stormwater management since it allows the water to pass through its interconnected macropores into stormwater systems or soils below. However, there is a need for additional standards related to pervious concrete prior to its widespread use, and there are many aspects related to mix design for desired properties, compaction methods, and test procedures that are not yet completely understood. These variables may significantly affect the functional and mechanical performance of the material. In this paper, mix designs and test specimen preparation techniques were evaluated. The IBRACON method for mixture design was used to obtain the mixture proportions and the calculated density for the desired porosity of 25%. In addition, two different types of specimens (cast or cored) and compaction methods (roller or Proctor hammer compacted) were performed. The density of each specimen was controlled to obtain the same calculated density. Several tests were conducted to compare the following variables: density, porosity, surface infiltration rate, permeability and compressive strength. Additionally, the effects of mortar capping versus neoprene-rubber caps on compressive strength measurements of pervious concrete were evaluated. The experimental results showed that cast specimens have more consistent results than cores. The design method studied with strict control of density was efficient to obtain the desired porosity mainly for cast specimens. The roller leads to a more compacted top surface resulting in a decrease in the infiltration rate and permeability of the cores. The mortar capping method is more consistent than the other.

Keywords: pervious concrete, mix design, laboratory procedures, compaction method

O concreto permeável é um material de potencial para ser utilizado no gerenciamento de águas pluviais, uma vez que permite a percolação da água através de seus macroporos interconectados, seja para sistemas de águas pluviais ou para o próprio solo. No entanto, há uma necessidade de normas adicionais relacionadas ao material para seu uso difundido e, ainda, há muitos aspectos relacionados aos parâmetros de dosagem para propriedades desejadas/projetadas, método de compactação e procedimentos laboratoriais, que ainda não foram completamente compreendidos. Tais variáveis podem afetar significativamente o desempenho funcional em termos hidráulicos e mecânicos do material. Neste trabalho, o método do IPT/EPUSP para dosagem foi utilizado para obter as proporções de mistura e a densidade calculada, para uma porosidade desejada de 25%. Além disso, dois tipos diferentes de amostras (moldadas e extraídas) e métodos de compactação (Proctor e rolo) foram realizados. A densidade de cada amostra foi controlada para obter a mesma densidade calculada. Diversos testes foram realizados para comparar as seguintes variáveis: densidade, porosidade, taxa de infiltração, permeabilidade e resistência à compressão. Além disso, foram avaliados os efeitos do tipo de capeamento (com argamassa e com borracha de Neoprene) nos corpos de prova submetidos ao ensaio de compressão. Os resultados experimentais mostram que os corpos de prova moldados apresentam resultados mais consistentes que as amostras extraídas. O método de dosagem, com controle rigoroso da densidade, foi eficiente para obtenção da porosidade desejada, principalmente para os corpos de prova moldados. O rolo conduz a uma superfície superior mais compacta, o que resulta na diminuição da taxa de infiltração e permeabilidade para as amostras extraídas. O capeamento dos corpos de prova com argamassa apresenta resultados mais consistentes.

Palavras-chave: concreto permeável, dosagem, procedimentos laboratoriais, método de compactação..