In the research program both longitudinal and transverse ultrasonic waves were applied to concrete specimens under uniaxial compression and tensile diametrical compression. A total of 45 concrete specimens with five (5) different mixes were loaded until failure. While load was being applied – in compression and split tension – ultrasonic pulses were recorded and velocities calculated for both shear and pressure waves. The results indicate that longitudinal or transverse ultrasonic waves can be applied in the evaluation of diffuse damage (microcracking in uniaxial compression) or concentrated damage (tensile microcracking by diametrical compression) imposed on the concrete mechanically through the application of loads.

Keywords: concrete, ultrasonic testing, transverse and longitudinal wave velocities, uniaxial compression, split tension.

O trabalho discute o padrão de comportamento de ondas ultrassônicas longitudinais (compression waves) e transversais (shear waves) em concretos de variadas resistências submetidos a compressão axial e diametral. Foram ensaiados 45 corpos de prova confeccionados de concretos com variadas resistências a compressão. Os corpos de provas foram submetidos ao ensaio de compressão simples e tração por compressão diametral em máquina servo-controlada e, durante os ensaios, foram realizadas leituras de ondas de ultrassom longitudinais e transversais. Os resultados obtidos mostram que há alterações na velocidade de propagação de ondas, longitudinais e transversais, com o incremento do nível de tensão que é aplicado ao corpo de prova. Adicionalmente, foi possível observar que esta alteração de velocidade ultrassônica ocorre para nível de tensão próximo à tensão de ruptura. Os resultados obtidos indicam que ondas ultrassônicas longitudinais ou transversais podem ser aplicadas na avaliação do dano difuso (microfissuração na compressão uniaxial) ou dano concentrado (microfissuração de tração na compressão diametral) imposto ao concreto mecanicamente, através da aplicação de cargas.

Palavras-chave: concreto, ultrassom, velocidade das ondas transversais e longitudinais, compressão uniaxial, compressão diametral.

Environmentally eco-efficient concrete is currently a popular choice of construction material. Reviewing relevant literature indicates that heating of cement paste can remove hydrating water, and that quartz sand of appropriate granulometry can act as a supplementary cementitious material; however, there have been virtually no reports on the reuse of these materials as alternative binders. This work evaluates the phases present in cementitious compounds produced with binders obtained by thermomechanically treating cement pastes with and without a 15% substitution of quartz sand powder (specific surface area 37.4 m²/g), referred to as RCQ and recycled cement RC, respectively. Testing included thermogravimetric analysis (performed with stripped gases), X-ray diffraction, and scanning electron microscopy with phase identification. The obtained data indicated RC cement paste possesses a predominantly ettringite microstructure, whereas the presence of calcium hydroxide and hydrated calcium silicate predominates in RCQ paste.

Keywords: construction residues, sand functionalization, cement microstructure, thermal analysis, X-ray diffraction.

Atualmente tem-se buscado a obtenção de concretos ecoeficientes por meio da reciclagem dos resíduos de concreto. Estudos da literatura mostram que o aquecimento da pasta pode remover a água de hidratação e que areia quartzosa pode atuar como material cimentício suplementar quando na granulometria adequada. Entretanto, praticamente inexistem relatos sobre reuso desses materiais como aglomerantes alternativos. Este trabalho avalia as fases presentes em compostos cimentícios confeccionados com aglomerante obtido do tratamento termomecânico de pastas com 15% de pó de areia quartzosa (RCQ) e sem substituição (RC) com superfície específica de 37.4 m²/g. Foram realizadas termogravimetrias com análise de gases desprendidos, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura com identificação de fases. Os dados obtidos mostram que a pasta RC possui microestrutura predominante de etringita enquanto na pasta RCQ predomina a presença de hidróxido de cálcio e silicato de cálcio hidratado.

Palavras-chave: análise térmica, difração de raios-x, funcionalização de areia, microestrutura, resíduos de construção.

Abstract

This paper aims at evaluating the pozzolanic properties of ornamental stone processing waste after heat treatment at 1200 °C (HTOSPW) and analyzing the influence on the mechanical strength of concrete produced with HTOSPW addition at the contents of 5% and 10% by mass of Portland cement. The HTOSPW shows promising results regarding the pozzolanic activity, revealing chemical and physical characteristics typical of pozzolanic materials in addition to being approved in the pozzolanicity tests performed. As for the concretes produced with HTOSPW addition, a significant increase in mechanical strength was observed, especially for concretes with a 10% addition.

Keywords: pozzolan, pozzolanic activity, ornamental stone waste, mechanical strength, heat treatment.

O presente trabalho avalia as propriedades pozolânicas do resíduo do beneficiamento de rochas ornamentais tratado termicamente a 1200ºC (RBROTT), além de analisar a influência desse material na resistência mecânica de concretos produzidos com 5% e 10% de adição em relação à massa de cimento. Quanto à atividade pozolânica, o RBROTT se mostrou promissor, tendo apresentado características químicas e físicas típicas de materiais pozolânicos, além de ser aprovado nos ensaios de pozolanicidade realizados. Quanto aos concretos produzidos com adição do RBROTT, observou-se um aumento significativo da resistência mecânica, principalmente para os concretos com 10% de adição.

Palavras-chave: pozolana, atividade pozolânica, resíduo de rochas ornamentais, resistência mecânica, tratamento térmico.

Abstract

Pile caps can be dimensioned using, preferably, plastic models (strut-and-tie) and models based on the flexion theory. In order to analyze the behavior of the stresses in the lower and upper nodal regions of the cap, a theoretical analysis of the experimental results found by several researchers was made. There was a discrepancy in the results obtained and, as a result, a critical analysis carried out and a new methodology for the verification of the nodal stress near the upper zone, based on the multiaxial behavior of the concrete, is suggested.

Keywords: pile caps, strut-and-tie model, nodal stress.

Blocos sobre estacas podem ser dimensionados utilizando-se, preferencialmente, modelos plásticos (bielas e tirantes) e modelos baseados na teoria da flexão. Com o intuito de analisar o comportamento das tensões nas regiões nodais inferior e superior do bloco, fez-se uma análise teórica dos resultados dos ensaios experimentais realizados por diversos pesquisadores. Observaram-se divergências nos resultados e, em função disto, foi feita uma análise crítica que permitiu a sugestão de uma nova metodologia para a verificação das tensões nodais junto a zona nodal superior, baseada no comportamento multiaxial do concreto.

Palavras-chave: blocos sobre estacas, modelo de bielas e tirantes, tensões nodais.

Abstract

The reinforcement design of concrete cross-sections with the parabola-rectangle diagram is a well-established model. A global limit analysis, considering geometrical and material nonlinear behavior, demands a constitutive relationship that better describes concrete behavior. The Sargin curve from the CEB-FIP model code, which is defined from the modulus of elasticity at the origin and the peak point, represents the descending branch of the stress-strain relationship. This research presents a numerical method for the reinforcement design of concrete cross-sections based on the arc length process. This method is numerically efficient in the descending branch of the Sargin curve, where other processes present convergence problems. The examples discuss the reinforcement design of concrete sections based on the parabola-rectangle diagram and the Sargin curve using the design parameters of the local and global models, respectively.

Keywords: reinforced concrete, design of concrete cross-sections, sargin curve, arc-length method.

O dimensionamento de seções transversais de concreto com o diagrama parábola-retângulo é um modelo de cálculo consagrado. A análise limite global, considerando a não linearidade física e geométrica, demanda uma relação constitutiva que descreva melhor o comportamento do concreto. A curva de Sargin do Código Modelo CEB-FIP, que é definida a partir do módulo de elasticidade na origem e do ponto de pico, representa o ramo descendente da relação tensão-deformação. Esta pesquisa apresenta um método numérico de dimensionamento de seções transversais baseado no processo do arco-cilíndrico. Este método é numericamente eficiente no ramo descendente da curva de Sargin, onde outros processos mostram problemas de convergência. Os exemplos discutem o dimensionamento de seções transversais com o diagrama parábola-retângulo e a curva de Sargin, utilizando os parâmetros de cálculo dos modelos local e global, respectivamente.

Palavras-chave: concreto armado, dimensionamento de seções de concreto, curva de sargin, processo do arco-cilíndrico

Abstract

Brazil is one of the world's largest producers and exporters in the field of ornamental stones. On the other hand, the production and processing of ornamental stones result in a large volume of unused material in the form of sludge, usually discarded inappropriately in sedimentation ponds or landfills. Several researches have been carried out aiming the reuse of this material in cementitious matrixes. In the field of rheology, there are still incipient national studies that use the rheological parameters obtained experimentally to determine the behavior of cement matrix based on Portland cement. Thus, the objective of this work is to characterize rheologically the behavior of cementitious pastes with and without addition of ornamental rock processing residue (RBRO) in its natural condition. Cement pastes were prepared with three a/c ratios (0.45, 0.55, 0.65) and four residue addition contents (0%, 5%, 10%, 15%) and submitted to the flow test. In tests for characterization of the residue, the RBRO presented as a material of specific fineness and mass near the cement, having low reactive activity, indicating that the residue can be used as an inert mineral addition in the cementitious matrix. In the rheological characterization tests of the pulps studied, it was observed in the flow tests that the samples behaved as a non-Newtonian, pseudoplastic and thixotropic fluid.

Keywords: ornamental rock waste, cement pastes, rheology.

O Brasil é um dos grandes produtores e exportadores mundiais no setor de rochas ornamentais. Em contrapartida, a produção e o beneficiamento de rochas ornamentais resultam em grande volume de material não aproveitado em forma de lama, geralmente descartados de maneira inadequada em lagoas de decantação ou aterros. Diversas pesquisas têm sido realizadas objetivando o reaproveitamento deste material em matrizes cimentícias. No campo da reologia, ainda são incipientes estudos nacionais que utilizem os parâmetros reológicos obtidos experimentalmente para determinar o comportamento de matrizes cimentícias a base de cimento Portland. Contudo, o objetivo desse trabalho é caracterizar reologicamente o comportamento de pastas cimentícias com e sem adição de resíduo do beneficiamento de rochas ornamentais (RBRO) em sua condição natural. Foram fabricadas pastas cimentícias com três relações a/c (0,45; 0,55; 0,65) e quatro teores de adição do resíduo (0%, 5%, 10%, 15%) e submetidas ao ensaio de fluxo. Em testes para caracterização do resíduo, o RBRO se apresentou como um material de finura e massa específica próximas do cimento, possuindo baixa atividade reativa, indicando que o resíduo pode ser utilizado como adição mineral inerte na matriz cimentícia. Já em ensaios de caracterização reológica das pastas estudadas, observou-se nos ensaios de fluxo que as amostras se comportaram como um fluido não newtoniano, pseudoplástico e tixotrópico.

Palavras-chave: resíduo de rochas ormamentais, pastas cimentícias, reologia

Abstract

In Brazil, reinforced concrete structures designed based on NBR 6118 [1] must be assessed in fire conditions through NBR 15200 [2], which proposes multiple test methods. Concerning beams, this standard offers the tabular and simplified methods as possible choices. This study aimed to compare these two methods by applying their principles to isostatic and hyperstatic beams with section of 20x50 cm, designed at room temperature according to NBR 6118 [1]. The temperature distribution along sections was obtained by means of a software program. The results from this study indicated that the simplified method yielded higher fire-resistance ratings (FRR) in 75% of cases, although not surpassing the tabular method by 30 minutes. The simplified method allowed an optimization of the results, despite the longer design time.

Keywords: reinforced concrete in fire conditions, fire, structural design, NBR 15200.

No Brasil, as estruturas de concreto armado projetadas com base na NBR 6118 [1] devem ser verificadas em situação de incêndio pela NBR 15200 [2], a qual propõe diferentes métodos de verificação. No caso de vigas, tem-se como alternativa o método tabular e o simplificado, entre outros. O objetivo deste artigo foi realizar uma comparação entre ambos os métodos, por meio da aplicação de seus critérios em vigas isostáticas e hiperestáticas, de seção 20x50 cm, projetadas à temperatura ambiente pela NBR 6118 [1]. A distribuição de temperatura nas seções foi obtida por programa computacional. Os resultados apontaram que, no caso estudado, o método simplificado apresentou tempos de resistência ao fogo (TRF) superior em 75% dos casos, mas não superiores a 30 minutos em relação ao método tabular. O método simplificado permitiu otimizar resultados, apesar do maior tempo para o dimensionamento.

Palavras-chave: concreto armado em situação de incêndio, incêndio, projeto estrutural, NBR 15200.

Abstract

The use of mechanical splices to connect steel bars is an important solution in many infrastructure projects worldwide. In Brazil, this system is rarely used. The Brazilian standards regarding this subject are old and out of date; particularly with regard to the performance evaluation test methods for these splices in the laboratory. This paper presents and discusses the test procedure proposed in the international standard ISO 15835 [1] in light of the current procedure defined by Brazilian Standard ABNT NBR 8548 [2], applied to types of mechanical splices commonly used in Brazil: taper threaded and bolted couplers. Performance parameters for these mechanical splicing systems related to structural integrity in reinforced concrete structures are evaluated on the basis of the results obtained in these tests. In the end, it is intended that this paper provide support for discussion of design procedures and laboratory performance evaluation of couplers for mechanical splices of steel bars in reinforced concrete structures in future reviews of Brazilian standard ABNT NBR 8548 [2].

Keywords: coupler, reinforced concrete, mechanical splice, rebar.

A utilização de emendas mecânicas para unir barras de aço é uma importante solução em muitas obras de infraestrutura no mundo todo. No Brasil este sistema ainda é pouco difundido. Além disso, a normalização Brasileira sobre o assunto é antiga, está defasada e carece de atualização; principalmente no que diz respeito aos métodos de ensaio para avaliação de desempenho destas emendas em laboratório. Este trabalho apresenta e discute o procedimento de ensaio proposto na norma internacional ISO 15835 [1] à luz do procedimento atual da norma Brasileira ABNT NBR 8548 [2], aplicado aos tipos de emendas mecânicas usualmente empregadas no Brasil: luvas rosqueadas tipo cônica e parafusadas. Parâmetros de desempenho destes sistemas mecânicos de emenda de barras de aço, relacionados à integridade estrutural em construções de concreto armado são avaliados com base nos resultados obtidos nestes ensaios. Pretende-se, assim, que este trabalho ofereça subsídios para discussão de procedimentos de avaliação de desempenho de luvas para emendas mecânicas de barras de aço em estruturas de concreto armado, nas futuras revisões da norma Brasileira ABNT NBR 8548 [2].

Palavras-chave: luva, concreto armado, emenda mecânica, barra de aço.

Abstract

Over the past decades, extensive research has been carried out to reduce the environmental impacts associated with the cement and concrete production. Life-cycle assessment (LCA) enables the quantification of the environmental loads and offers a useful perspective to scientifically support such studies. In this paper, we demonstrate LCA’s contribution to the selection of low environmental impact concretes, using breakwater coreloc components as a case study. A detailed experimental study was designed for the selection of an alkali activator for blast furnace slag (bfs) to produce concrete suitable for breakwater structures; for the evaluation of concrete properties and for the performance assessment of full scale elements in the field, as well as in the laboratory. Sodium silicate-activated bfs concrete mixtures achieved the best results in terms of performance requirements. Our cradle-to-gate life-cycle assessments showed that, though this chemical activator indeed produces lower global warming potential mixtures than the reference portland CP V-ARI concrete, it induces relevant impacts in several environmental categories. Such information is critical when selecting and optimizing low-impact concrete mixture design, and would not be detected in typical experimental studies that are exclusively guided by compliance with performance requirements.

Keywords: life cycle assessment, breakwaters, alkali activated binders, blast furnace slag.

Ao longo das últimas décadas, inúmeras pesquisas vêm sendo desenvolvidas com o objetivo de reduzir os impactos ambientais da produção de cimentos e concretos. Por auxiliar na quantificação das cargas ambientais, a técnica de avaliação de ciclo de vida (ACV) oferecem uma perspectiva particularmente útil a tais estudos. Neste artigo, demonstra-se a contribuição da ACV na seleção de concretos de menor impacto ambiental, utilizando componentes para contenção de ondas marinhas (tipo coreloc) como estudo de caso. Um programa experimental teve como objetivo selecionar um ativador alcalino para escória de alto-forno adequado ao processo de produção, avaliar propriedades de corpos- -de-prova de concreto e o desempenho de componentes em escala natural, em campo e em laboratório. A ativação da escória de alto-forno por silicato de sódio alcançou os melhores resultados para os critérios de desempenho selecionados. Entretanto, as avaliações de ciclo de vida do ‘berço ao portão’ demonstraram que, apesar de realmente reduzir o potencial de aquecimento global em relação ao concreto com CP V-ARI, o emprego deste ativador traz impactos relevantes em várias categorias ambientais. Estas são informações cruciais para seleção e otimização da dosagem de concretos de menor impacto ambiental, e não seriam detectadas em estudos experimentais exclusivamente orientados a desempenho.

Palavras-chave: avaliação de ciclo de vida, componentes para contenção de ondas, ligantes álcali-ativado, escória de alto-forno.

Abstract

An elastic-plastic behavior is considered to simulate the interface rupture between grooved, helical wrapped and sand coated helical wrapped bars made of Fiber Reinforced Polymer (FRP) and concrete. Interface properties are obtained comparing results of the model with pull-out experiments. Properties obtained related to grooved bars are similar to properties known for ribbed steel bars. In this case, interface rupture behavior does not depend on bar properties. In case of both helical wrapped bars, on the other side, interface behavior is actually changed by FRP bar characteristics. The advantage of the present formulation is its capability to calculate splitting tractions, responsible for bulk concrete failure.

Keywords: concrete, FRP bars, plasticity, finite element.

Um comportamento elasto-plástico é considerado para simular a ruptura da interface entre barras (ranhurada, helicoidal e helicoidal com areia)de fibra polimérica reforçada (FRP) e o concreto. As propriedades da interface são obtidas comparando os resultados do modelo com ensaios de arrancamento. As propriedades obtidas para a barra ranhurada são similares às propriedades conhecidas das barras de aço nervuradas. Neste caso, o comportamento em ruptura da interface não depende das propriedades da barra. Para as duas superfícies helicoidais, por outro lado, o comportamento da interface é realmente alterado pelas características da barra de FRP. A vantagem desta formulação é a capacidade de calcular trações de fissuração, responsáveis pela ruína do volume de concreto.

Palavras-chave: concreto, barras de FRP, plasticidade,elementos finitos

Abstract

In this work, a coupled fluid-structure problem is approached, comparing the result with the modal analysis of a structure. The objective of this work is to analyze the physical phenomenon of fluid-structure interaction of a flexible structure. For this, the coupled problem solved using an Arbitrary Lagrangean-Eulerian (ALE) approach. As support for solving the mathematical equations of coupled problem, ANSYS® physical analysis software was used. An experimental modal analysis, using the Rational Fractional Polynomial method was developed for a small scale steel structure, and the result of this was compared with the result obtained from the model simulated in the software. Their vibration modes and natural frequencies obtained by numerical modeling were validated experimentally. Whit the numerical modeling of the modal analysis of a structure experimentally validated, attempted to analyze the dynamic behavior of the structure when it is subjected to a load due to a fluid-flow through a coupled fluidstructure problem. The results presented in this work show that the structure subjected to loads due to the fluid-flow, moves according to its vibration modes.

Keywords: modal analysis, fluid-structure interaction

Neste trabalho é abordado um problema acoplado fluido-estrutura, sendo comparados os resultados com a análise modal de uma estrutura. O objetivo do trabalho consiste em analisar o fenômeno físico da interação fluido-estrutura de uma estrutura flexível. Para tal, o problema acoplado é resolvido utilizando uma abordagem Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE). Como apoio para resolução das equações matemáticas do problema acoplado, foi utilizado o “software” de análises físicas ANSYS®. Uma análise modal experimental, utilizando o método “Rational Fractional Polynomial”, foi desenvolvida para uma estrutura de aço em escala reduzida, e o resultado desta foi comparado com o resultado obtido no modelo simulado no “software”. Seus modos de vibração e frequências naturais obtidos na modelagem numérica foram validados experimentalmente. Com a modelagem numérica da análise modal de uma estrutura validada experimentalmente, buscou-se analisar o comportamento dinâmico da estrutura quando ela está sujeita a uma carga devido a um escoamento, através de um problema acoplado fluido- -estrutura. Os resultados presentes neste trabalho mostram que a estrutura sujeita a cargas devido ao escoamento, movimenta-se conforme seus modos de vibração.

Palavras-chave: análise modal, problema acoplado fluido-estrutura.

Abstract

This paper develops a comparative analysis of the main design models used for predicting the strengthening of reinforced concrete columns subjected to uniaxial compression. The study evaluated four strengthening design models with concrete jackets and eleven strengthening design models with wrapping in Carbon Fiber-Reinforced Polymer (CFRP). All models consider the effect of confinement provided by the transverse steel reinforcement and the CFRP sheet wrapping on the gain in resistance of the column. For the validation, a database was formulated containing 135 experimental results of columns tested by several researches, which was used to analyze all design models and identify which was best for expressing the behavior of the strengthened column. At the end of the study, one confinement design model with transverse reinforcement and eleven design models with confinement provided by CFRP sheet wrapping and transverse steel reinforcement which showed the best resistance predictions were selected.

Keywords: strengthening, confinement, carbon fibers, concrete jacketing, design models.

Este trabalho desenvolve uma avaliação comparativa dos principais modelos empíricos de dimensionamento utilizados no reforço de pilares de concreto armado submetidos a carregamento axial centrado. Foram avaliados quatro modelos de confinamento por armaduras transversais, utilizados no dimensionamento do reforço por aumento de seção transversal de concreto, e onze modelos para o dimensionamento do reforço por encamisamento por polímero reforçado com fibras de carbono. Todos eles consideram o efeito do confinamento, proporcionado pela armadura transversal e pelo reforço com fibras, no ganho de resistência do pilar. Para a validação, foi montado um banco de dados contendo 135 pilares ensaiados em diversas pesquisas, ao qual foram aplicados os modelos em análise de modo a identificar aqueles que melhor expressam o comportamento do pilar reforçado. Ao final do trabalho, foi selecionado um modelo de confinamento por armadura transversal e onze combinações entre modelos de confinamento por fibras de carbono e armadura transversal que conduziram às melhores previsões de resistência dos pilares do banco de dados.

Palavras-chave: encamisamento, confinamento, fibras de carbono, aumento da seção transversal de concreto, modelos de dimensionamento.