Cement is considered the basic component with the highest environmental impact in construction, in terms of CO2 emissions. As for the aggregates, the process of comminution of rocks, in addition to artificial sand, generates stone powder that ends up being stored outdoors, generating environmental damages. Thus, the replacement of cement by stone powder appears as an attractive alternative towards the sustainable concretes. In this context, the objective of this paper is to determine the maximum packing density in Portland cement, silica fume and stone dust pastes, to determine the optimal cement substitution content for the stone powder. In addition, it is intended to verify the influence of excess water on the consistency of the mixtures produced. The substitution was done in contents equal to 0%, 7%, 14% and 21% by volume and, for each content, the packing density was determined analytically by CPM model and combinations were reproduced experimentally. Excess water was checked by the mini Kantro cone test. The results showed that the higher cement substitution content of the stone powder obtained the higher packing density, experimental and analytical, and the higher workability, allowing economic and environmental advantages. Analyzing each material, the stone powder resulted in the highest packing density and silica fume is the lowest one. Therefore, finer particles resulted in lower packaging densities, due to the greater specific surface area, which demands more water. The agglomeration resulted in more empty gaps between the grains. In addition, mixtures flowability increased with the increase of the stone powder content. As the excess water is responsible for mixture lubrication, a higher packing density for a given volume of water improves the flowability.

Keywords: stone powder, cement paste, particle packing, excess water, sustainability

O cimento Portland é considerado o componente de base com o maior impacto ambiental na construção civil, em termos de emissões de CO2 . Quanto aos agregados, o processo de cominuição das rochas, além da areia artificial, gera pó de pedra que acaba sendo armazenado ao ar livre, gerando impactos ambientais. Assim, a substituição do cimento por pó de pedra aparece como uma alternativa atraente em direção à dosagem de concretos sustentáveis. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é determinar a máxima densidade de empacotamento de partículas em pastas compostas por cimento Portland, sílica ativa e pó de pedra, buscando determinar o teor ótimo de substituição do cimento pelo pó de pedra. Além disso, pretende-se verificar a influência do excesso de água na consistência das pastas produzidas. A substituição do cimento por pó de pedra foi feita em teores iguais a 0%, 7%, 14% e 21%, em volume, sendo determinada a densidade de empacotamento analiticamente, pelo modelo CPM. As combinações foram reproduzidas experimentalmente. A consistência das pastas foi verificada com auxílio do mini cone de Kantro. Os resultados demonstraram que o maior teor de substituição do cimento pelo pó de pedra apresentou a maior densidade de empacotamento, experimental e analítica, e a maior trabalhabilidade, permitindo vantagens econômicas e ambientais. Analisando cada material individualmente, o pó de pedra apresentou a maior densidade de empacotamento e a sílica ativa a menor. Partículas finas resultam em menor densidade de empacotamento, devido à maior superfície específica, a qual demanda mais água. A aglomeração aumenta os vazios entre os grãos. Além disso, a fluidez das pastas produzidas aumentou com o acréscimo do teor de pó de pedra. Como o excesso de água é o responsável pela lubrificação da pasta, uma densidade de empacotamento mais elevada colabora para o aumento da fluidez quando o volume de água permanece fixo.

Palavras-chave: pó de pedra, pasta de cimento, empacotamento de partículas, excesso de água, sustentabilidade.

The basic aim of this work is to compile the theoretical basis of ACI 440.2R: 2008 [1] with the NBR 6118: 2014 [2] in order to take into account the concepts of the Brazilian standard in flexural sizing of reinforced beams with CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). The contribution of the Brazilian standard is given particularly with regard to the application of its safety coefficients and material properties (steel and concrete), including its deformation limits. For this purpose, a beam is adopted as a reference for the study, where two reinforcement designs are performed with CFRP, one from the compiled formulations and another considering only the requirements of ACI 440.2R: 2008 [1]. The results obtained are compared below. Finally, through the ANSYS software, numerical modeling of the reference beam is carried out, where tensions and deformations presented by concrete, steel and carbon fiber are observed. The results of the numerical analysis are compared with those obtained from the formulations compiled in order to validate the numerical model adopted in this study. The research concludes that in flexural sizing the areas of PRFC dimensioned from the formulations of ACI 440.2R: 2008 [1] resulted in values very close to those obtained by the formulations compiled. In addition, it was concluded that the numerical modeling performed in this work represented well the behavior of the structure, because the rupture loads were approximately equal to those expected by the analytical formulations.

Keywords: reinforcement, carbon fiber, CFRP, flexure, shear

Este trabalho tem como objetivo compilar o embasamento teórico do ACI 440.2R:2008 [1] com o da NBR 6118:2014 [2] a fim de levar em consideração os conceitos da norma brasileira no dimensionamento à flexão de vigas reforçadas com PRFC (Polímeros Reforçados com Fibra de Carbono). A contribuição da norma brasileira é dada particularmente no que diz respeito à aplicação dos seus coeficientes de segurança e das propriedades dos materiais (aço e concreto), incluindo os seus limites de deformação. Para tanto, é adotada uma viga como referência para o estudo, onde são realizados dois dimensionamentos do reforço com PRFC, um a partir das formulações compiladas e outro considerando apenas as prescrições do ACI 440.2R:2008 [1]. Os resultados obtidos são comparados em seguida. Por fim, através do software ANSYS, é feita a modelagem numérica da viga de referência, onde são observadas as tensões e deformações apresentadas pelo concreto, pelo aço e pela fibra de carbono. Os resultados da análise numérica são comparados com aqueles obtidos a partir das formulações compiladas a fim de validar o modelo numérico adotado nesse estudo. A pesquisa teve como conclusão que, no dimensionamento à flexão, as áreas de PRFC dimensionadas a partir das formulações da ACI 440.2R:2008 [1] resultaram em valores muito próximos àqueles obtidos pelas formulações compiladas. Além disso, concluiu-se que a modelagem numérica realizada nesse trabalho representou bem o comportamento da estrutura, pois as cargas de ruptura foram aproximadamente iguais àquelas esperadas pelas formulações analíticas.

Palavras-chave: Reforço, fibra de carbono, PRFC, flexão, cisalhamento.

Abstract

The application of structural reinforcement has presented a significant growth in the present days. The development of new materials for this purpose has aroused the interest of many researchers. The present work aim evaluate the production and application of polymers reinforced with vegetable fibers (PRFVeg) for reinforcement of reinforced concrete structures. An experimental program was developed using composites with 50%, 60% and 70% fibers volume content. The composites’s tensile mechanical properties were evaluated in order to choose the fiber content with better mechanical performance. Epoxy matrix and sisal fibers were adopted in the production of PRFVeg. The reinforcement design was performed by numerical simulation using the finite element method. The reinforced beams were submitted to a 3-point flexural test until rupture and the performance of the material produced was compared to carbon fiber reinforced epoxy (PRFC) composites commonly used as reinforcement of reinforced concrete structures. The results obtained showed that the PRFVeg present similar performance compared to composites reinforced with carbon fibers, obtaining a load increase of up to 62% compared to the beams without polymer reinforcement.

Keywords: structural reinforcement, polymers reinforced with carbon fibers, polymers reinforced with sisal fibres

A aplicação de reforço estrutural tem apresentado crescimento significativo nos dias atuais. O desenvolvimento de novos materiais para tal finalidade tem despertado o interesse de muitos pesquisadores. O presente trabalho teve por objetivo avaliar a viabilidade técnica da produção e aplicação de polímeros reforçados com fibras vegetais (PRFVeg) para reforço de estruturas de concreto armado. Desenvolveu-se um programa experimental onde compósitos com teores de aproximadamente 50%, 60% e 70% em volume de fibras foram produzidos. As propriedades mecânicas à tração foram determinadas para avaliar o teor de fibras com melhor desempenho mecânico. Matriz epóxi e fibras vegetais de sisal foram adotadas na produção dos PRFVeg. O dimensionamento do reforço foi realizado mediante simulação numérica, utilizando o método dos elementos finitos. As vigas reforçadas foram submetidas a ensaio de flexão, em 3 pontos, até a ruptura e o desempenho mecânico do material produzido foi comparado com compósitos de matriz epóxi reforçada com fibras de carbono (PRFC), usados no mercado como reforço de estruturas de concreto armado. Os resultados obtidos mostraram que os PRFVeg apresentam desempenho similar aos já consagrados compósitos com fibras de carbono, obtendo incremento de carga de até 62%, em relação as vigas sem reforço.

Palavras-chave: reforço estrutural, polímeros reforçados com fibras de carbono, polímeros reforçados com fibras de sisal.

Abstract

This paper presents the results of a test program on 24 concrete beams with a cross section of 15 x 15 cm. Those are divided into two groups of 12 beams. Group I has a steel fiber content of 40 kg/m³ while Group II uses 60 kg/m³ of steel fibers. The tests consider three sets of beam lengths: 300 mm, 500 mm and 800 mm. The beams were submitted to bending aiming at investigating shear stresses, bending, strain energy, toughness, scale effect and fracture energy. Group II showed a slightly higher resistance to rupture than Group I. However, the smaller the length, the larger the influence of the fiber content. The largest fiber content gave the concrete higher resistance when submitted to bending and shear, especially for the smaller lengths. Both strain and fracture energy, however, show considerable differences for smaller lengths, but are almost the same for the 800 mm beams. Toughness shows improvement in the longer beams and a reduction of this property in the shorter beam from Group II.

Keywords: bending, concrete, steel fibers.

Este estudo apresenta os resultados do rompimento de dois grupos de vigas de concreto com fibras de aço. Cada grupo foi composto de 4 vigas com vão de 300 mm, 4 com vão de 500 mm e 4 com vão de 800 mm e seção de 15 cm x 15 cm. A variação dos grupos se deu pela quantidade de fibras (I com 40 kg/m³ e II com 60 kg/m³). Foram avaliados o comportamento da tensão tangencial, momento de fendilhação, energia de deformação, tenacidade, efeito escala e energia de fratura. O grupo II apresentou maior resistência máxima, sendo essa diferença pouco significativa, entretanto, quanto menor o vão maior a influência das fibras. O maior consumo de fibras conferiu à matriz maior resistência à flexão e à tensão tangencial, tendo maior influência nos vão menores. Tanto a energia de deformação quanto a energia de fratura apresentam diferenças consideráveis para os vãos menores, chegando quase a se igualar nos dois grupos para o vão de 800 mm. A tenacidade aumentou mais nas vigas de maior vão e sofreu maior redução para o menor vão do grupo II.

Palavras-chave: flexão, concreto, fibras de aço.

Abstract

Usually, the analysis of structures under wind loading is performed using an equivalent static analysis, where the influence of floating response is taken into account by the gust factor. This methodology can be used in case of rigid structures for not presenting a considerable dynamic response. More flexible structures, in particular those lightly damped, may show an important resonant response and their dynamic properties must be considered in the analysis. The aim of this paper is to present a methodology for dynamic analysis of structures under wind loading considering the geometric nonlinearity, the vibration caused by the kinetic energy of wind gusts and the aerodynamic damping due to the relative movement between this structure and the wind. The formulation proposed is applied to a 180-meter-high concrete chimney and the results were compared with those obtained through the recommendation given in the standard ABNT NBR 6123:1988 [2] for the dynamic structural analysis.

Keywords: structures subjected to wind loads, nonlinear dynamic analysis, fluid-structure interaction, aerodynamic damping.

Tradicionalmente, estruturas submetidas ao vento são avaliadas através de análises estáticas com carregamentos equivalentes, onde a influência da resposta flutuante é levada em conta por meio do fator de rajada. Essa metodologia é aplicável a estruturas suficientemente rígidas para não apresentarem resposta dinâmica ponderável [ ]. Estruturas mais flexíveis, em particular aquelas fracamente amortecidas, podem apresentar importante resposta ressonante e devem ter suas propriedades dinâmicas consideradas na análise. O objetivo deste artigo é apresentar uma metodologia para a análise dinâmica de estruturas submetidas ao vento considerando a não-linearidade geométrica, a vibração causada pela energia cinética das rajadas de vento e o amortecimento aerodinâmico devido ao movimento relativo entre a estrutura e o vento. A metodologia proposta é aplicada à estrutura de uma chaminé de concreto com 180 metros de altura, sendo os resultados comparados com os obtidos através das recomendações da norma ABNT NBR 6123:1988 [ ] para a análise dinâmica de estruturas.

Palavras-chave: estruturas sujeitas ao vento, análise dinâmica não-linear, interação fluido-estrutura, amortecimento aerodinâmico.

Abstract

This paper presents the experimental study of eccentrically loaded reinforced concrete columns with an added 35 mm self-compacting concrete jacket attached to the column’s most compressed face using wedge bolts. Nine columns with a 2000 mm height were tested under compression and one-way bending until failure. Columns were denominated as original column (PO) with a cross section of 120 mm x 250 mm; reference column (PR) with a cross section of 155 mm x 250 mm, and seven columns with an initial cross section of 120 mm x 250 mm and later reinforced by the addition of 35 mm self-compacting concrete layer and various configurations of wedge bolts. Except for the original column PO, the columns were submitted to a 42.5 mm load eccentricity due to the added concrete layer at the compressed face. Although failure of the wedge bolts did not occur, it was not possible to prevent detachment of the added layer. The results indicate that it is possible to structurally rehabilitate reinforce concrete columns with the use of the strengthening methodology used in this research, resulting in average ultimate load capacity gains of 271% compared to original column’s ultimate load.

Keywords: column, structural reinforcement, self compacting concrete, wedge bolts.

O presente trabalho apresenta o estudo experimental de pilares de concreto armado reforçados com parafusos chumbadores e acréscimo de camada com 35 mm de concreto autoadensável na face comprimida. Nove pilares, com alturas de 2000 mm, foram submetidos à flexão composta reta com excentricidade inicial de 60 mm, assim discriminados: um pilar original (PO) com seção transversal de 120 mm x 250 mm; um pilar de referência (PREF) com seção transversal de 155 mm x 250 mm e sete pilares, inicialmente moldados com seção transversal de 120 mm x 250 mm, e após, reforçados através da adição de camada de reforço de 35 mm e diversas configurações de posições de parafusos chumbadores na face comprimida. Exceto o pilar original (PO), os pilares foram submetidos à excentricidade inicial de carga de 42,5 mm, devido ao acréscimo da camada de reforço na face comprimida. Apesar de não ocorrer ruptura dos parafusos chumbadores, não foi possível evitar o desplacamento da camada de reforço. Os resultados obtidos indicam que é possível a reabilitação estrutural de pilares de concreto armado com o uso da metodologia de reforço empregada, obtendo ganho de capacidade de carga média de 271 % em relação ao pilar original (PO).

Palavras-chave: pilar, reforço estrutural, concreto autoadensável, parafusos chumbadores.

Abstract

This paper presents experimental and theoretical analysis of bolts employed as shear connectors in circular concrete-filled steel tube columns (CFTs). The theoretical results, obtained from ABNT NBR 16239:2013 formulations, were compared with the experimental results. A series of push-out tests were carried out, where the diameter and length of the bolts, the number of connectors and the concrete strength were varied. From the experimental results, it was observed that the equations from ABNT NBR 16239:2013 are conservative. Therefore, it is proposed an adjustment to the formulations in order to consider the concrete confinement. It was also verified that increments in the diameter and the length of the bolt increase the load capacity of the connector. However, the variation of the quantity of bolts and the concrete strength did not interfere in the load capacity.

Keywords: concrete-filled tube columns, circular tubular section, shear connector, bolt.

Este estudo apresenta análises experimentais e teóricas do uso de parafusos como conectores de cisalhamento em pilares mistos de aço em seção tubular circular preenchidos com concreto (PMPCs). Os resultados obtidos experimentalmente são comparados com os resultados das formulações propostas pela norma ABNT NBR 16239:2013. Os ensaios são de cisalhamento direto, variando parâmetros como diâmetro e comprimento dos parafusos, quantidade de conectores e resistência do concreto. A partir dos resultados experimentais observou-se que as equações da ABNT NBR 16239:2013 estão a favor da segurança, e é proposta uma adequação das formulações da norma para considerar o efeito do confinamento do concreto. Verificou-se também que o aumento do diâmetro e comprimento do parafuso aumenta a capacidade de carga do conector, porém a variação da quantidade de parafusos e da resistência do concreto não interferem na sua capacidade de carga.

Palavras-chave: pilar misto preenchido com concreto, seção tubular circular, conector de cisalhamento, parafuso

Abstract

The concrete’s performance depends on its behavior in the fresh and hardened states, since the workability corroborates for the transport and application processes of the material, while the mechanical strength guarantees structural effectiveness and functionality. Generally, studies of nanosilica (nS) are focused on performance analysis in the hardened state and they are founded on the use of the mineral admixture in dry grains. Thus, this article aims to evaluate the effects of superplasticizer admixture use with nanosilica in colloidal suspension in the consistency and mechanical strength of the concrete. Two concrete mixtures were produced with the same materials and identical proportions, however with different superplasticizes, one with nanosilica (CnS) and the other without nanosilica (CC) used as reference to analyse the effects of the presence of mineral admixture in the development of the consistency and the mechanical strength of the concrete. For evaluation of these properties were carried slump tests as a function of time and compressive strength at 28 days, according to ABNT NBR 10342 and NBR 5739, respectively. The results showed that the concrete without nanosilica presented longer time available for handling, achieving 135 minutes, extending its period of slump loss for fifteen minutes besides the concrete with nanosilica, which reached 120 minutes; and, also presented higher slump values throughout the test, reaching up to 60.0 mm above at 75 minutes after the beginning of test. However, the CnS presented better performance in the hardened state, achieving the C70 high performance concrete class with 70.92 MPa; while the CC reached 65.57 Mpa, fitting within the C60 class.

Keywords: concrete, superplasticizer admixture, nanosilica, workability, mechanical strength.

O desempenho do concreto depende do seu comportamento nos estados fresco e endurecido, haja vista que a trabalhabilidade corrobora para os processos de transporte e aplicação do material, enquanto a resistência mecânica garante eficácia e funcionalidade estrutural. Geralmente, estudos de misturas com nanosílica (nS) são voltados para análise do desempenho no estado endurecido e são fundados no uso da adição mineral em grãos secos. Dessa forma, este artigo tem o objetivo de avaliar os efeitos do uso de aditivo superplastificante com nanosílica em suspensão coloidal na consistência e resistência mecânica do concreto. Foram produzidos dois concretos com mesmos materiais e traços idênticos, no entanto com aditivos superplastificantes diferentes, sendo uma mistura incorporada com aditivo com nanosílica (CnS) e outra sem a adição mineral (CC) utilizada como referência para análise dos efeitos da presença da nanosílica, tanto na evolução da consistência como na resistência mecânica do concreto. Para avaliação dessas propriedades foram realizados ensaios de perda de abatimento em função do tempo e resistência à compressão aos 28 dias conforme ANBT NBR 10342 e NBR 5739, respectivamente. Os resultados mostraram que o concreto dosado com aditivo sem nanosílica apresentou maior tempo disponível para manuseio, alcançando 135 minutos, estendendo o período de perda de abatimento por quinze minutos além do concreto com nanosílica em suspensão coloidal, que atingiu 120 minutos; bem como apresentou maiores valores de abatimento durante todo o ensaio, chegando a atingir 60,0 mm a mais de abatimento aos 75 minutos após o início do ensaio. Entretanto, o CnS apresentou melhor desempenho no estado endurecido, batendo a classe C70 de concreto de alto desempenho com 70,92 MPa; enquanto o CC alcançou 65,57 MPa, se enquadrando na classe C60.

Palavras-chave: concreto, aditivo superplastificante, nanosílica, trabalhabilidade, resistência mecânica.

Abstract

The reinforced concrete (RC) structures are widely utilized around the world. However, the modelling of its complex mechanical behaviour by efficient numerical approaches has been presented marginally in the literature. The efficient approaches enable the accurate and the realistic representation of the mechanical phenomena involved and are computationally efficient for analysing complex structures. In the present study, the improved version of the lumped damage model is coupled to the Monte Carlo simulation method to represent the mechanical-probabilistic behaviour of RC structures. In such model, the concrete cracking and reinforcements’ yield are represented accurately. Moreover, this damage approach enables the accurate modelling of failure scenarios, which are based on the damage variable. Furthermore, this coupled model enables the determination of the collapse modelling accounting for uncertainties, which is the main contribution of the present study. One simple supported RC beam and one 2D RC frame are analysed in the probabilistic context. The accurate results are obtained for the probabilistic collapse path as well as its changes as a function of the loading conditions and material properties uncertainties.

Keywords: lumped damage model, probabilistic collapse modelling, safety assessment, hyperstatic structures.

As estruturas em concreto armado são largamente utilizadas ao redor do mundo. Entretanto, a modelagem de seu complexo comportamento mecânico por formulações numéricas eficientes tem sido marginalmente apresentada na literatura. As formulações eficientes possibilitam a precisa e realista representação dos fenômenos mecânicos envolvidos e são computacionalmente eficientes para a análise de estruturas complexas. Nesse estudo, uma versão aprimorada do modelo de dano concentrado é acoplada ao método de simulação de Monte Carlo para a representação do comportamento mecano-probabilístico de estruturas em concreto armado. Nesse modelo, a fissuração do concreto e o escoamento da armadura são representados com precisão. Além disso, essa formulação de dano possibilita a modelagem precisa de complexos cenários de falha, os quais são baseados na variável de dano. Não obstante, esse modelo acoplado possibilita a determinação da modelagem do colapso levando em consideração as incertezas, a qual é a principal contribuição desse estudo. Uma viga simplesmente apoiada e um pórtico bidimensional, ambos em concreto armado, são analisados no contexto probabilístico. Resultados realistas são obtidos para a determinação do caminho de falha mais provável, assim como para suas alterações em função das condições de carregamento e incertezas associadas às propriedades materiais.

Palavras-chave: modelo de dano concentrado, modelagem probabilística do colapso, avaliação da segurança, estruturas hiperestáticas

Abstract

In many countries of Latin America, Jointed Plain Concrete Pavements (JPCP) are designed using the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) or the Portland Cement Association (PCA) methods, none of which take explicitly into account the environmental conditions of the specific region where a JPCP will be built. It is well known that temperature gradients across the thickness of concrete slabs produce curling which can cause slabs to lose support at its corners and its center depending on the time of the day. This situation, in combination with vehicle loading, generates tensile stresses which can be significant enough to cause initial cracking and the subsequent failure of the pavement. In this research, the Finite Element (FE) package EverFE2.25 was used to study the impact of temperature gradients (calibrated to account for humidity gradients) in combination with a vehicle load (a dual wheel tandem axle of 180 kN) on the performance of a typical JPCP highway section. For the JPCP under study, the apparent increase of the tensile stresses attributable to negative local (ΔT = -18.5°C) Equivalent Temperature Gradients (ETGs) was as 5.5 times larger than the one induced by the axle when it was placed at the border of the slab and up to 8.8 times larger when it was placed at the corner of the slab. Although the apparent increase was not as high when the positive local ETGs (ΔT = +18.5°C) were used, the absolute magnitude of the stresses in combination with the vehicle load were still high enough for the pavement to fail under fatigue. Thus, local temperature gradients should be studied regionally and considered in the design of JPCP using more suitable design procedures such as the Mechanistic-Empirical design procedure.

Keywords: concrete pavement, curling, temperature gradients, finite element analysis.

Em muitos países da América Latina os pavimentos de concreto com juntas (JPCP) são calculados usando os métodos da “American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) ou da “Portland Cement Association” (PCA), os quais não levam em consideração explicitamente as condições climáticas específicas de cada região onde um JPCP será construído. É muito conhecido o empenamento causado pelos gradientes térmicos que se apresentam através da espessura do pavimento, o qual pode ocasionar a perda de suporte nas extremidades ou no centro da placa dependendo do momento do dia. Esta situação, paralelamente com as cargas veiculares, produzem esforços de tensão que podem ser de suficiente importância para iniciar a fissuração e finalmente a falha completa por fadiga. Nesta investigação, o software de Elemento Finito (EF) EverFe2.25 foi usado para estudar o impacto que os gradientes termicos (calibrado para considerar os gradientes de humidade), em combinação com as cargas veiculares (tandem com duas rodas de 180 kN), tem sobre o comportamento de uma tipica seção de JPCP. Para o JPCP em estudo, o aumento aparente do esforço de tensão atribuído aos Gradientes Térmicos Equivalentes (ETGs) negativos locais (ΔT = -18.5°C) foi 5.5 vezes maior do que os esforços induzidos pelo eixo quando posicionado na borda da placa e até 8.8 vezes maior quando foi colocado o canto da placa. Apesar de que o incremento aparente não foi tão grande quando analisados os ETGs positivos (ΔT = +18.5°C), a amplitude absoluta do esforço calculado nas combinações com as cargas veiculares para estas situações são suficientemente grandes para que ocorra falha por fadiga. Portanto, os gradientes termicos locais tem que ser tomados em consideração para o calculo dos JPCP usando procedimentos de design mais adequados, como o procedimento Empírico-Mecanicista.

Palavras-chave: pavimento rígido, empenamento, gradientes térmicos, análise por elemento finito.

Abstract

The χT parameter, a simplified method recently presented, allows to estimate the global second-order effects on reinforced concrete frames using the natural period of vibration. This parameter was developed based on the fact that both natural period of vibration and global second-order effects depend essentially on the stiffness and mass matrices of the structure, being thus related. In this paper, numerical analyses are conducted on nine models with different patterns of irregularity in terms of geometry in plan and stiffness. The main purpose of these analyses is to evaluate the applicability of the χT parameter in asymmetric structures as well as that can present torsional modes as the fundamental mode of vibration. In addition, different hypotheses are tested in order to verify the influence of the different modes of vibration in the structural sensitivity to global second-order effects. Results of the simplified analyses were compared to the final bending moment values obtained through a nonlinear numerical analysis considering the P-Δ effect. It is observed that the parameter χT is a promising indicator for a simplified estimation of the global secondorder effects for concrete frames, especially when higher modes of vibration are taken account in the analysis.

Keywords: global second-order effects, natural period of vibration, modal analysis.

O parâmetro χT, recentemente apresentado na literatura técnica, permite utilizar o período natural de vibração da estrutura para estimar os efeitos globais de segunda ordem em pórticos de concreto armado. Esse parâmetro foi desenvolvido a partir da observação de que os efeitos de segunda ordem e o período natural de vibração dependem essencialmente da matriz de massa e rigidez da estrutura, estando, portanto, relacionados. Neste trabalho são realizadas análises numéricas em nove modelos de geometrias com diferentes padrões de irregularidades em planta e em termos de rigidez, com o intuito de avaliar a aplicabilidade do parâmetro χT em estruturas que possuem geometrias assimétricas e que possam apresentar modo fundamental de vibração do tipo torcional. Além disso, diferentes hipóteses são testadas para utilização desse parâmetro com o propósito de verificar a influência dos diferentes modos de vibração das estruturas na sensibilidade aos efeitos globais de segunda ordem. Os resultados das análises simplificadas foram comparados aos valores de momentos finais obtidos através de analises numéricas não lineares, considerando o efeito P-Δ. Observa-se que o parâmetro χT apresenta-se como um promissor indicativo para estimativa dos efeitos globais de segunda ordem, principalmente quando os seus modos de vibração superiores são levados em consideração na análise.

Palavras-chave: efeitos globais de segunda ordem, periodo natural de vibração, análise modal.

Abstract

The axial compressive strength of cementitious compounds is an important parameter for classification, quality assessment and material design. The values obtained in tests are influenced due intrinsic properties of the compounds and external factors such specimen size and shape. The present work aims to evaluate experimentally and numerically using finite element method, the specimen shape and dimension influence over results of the mortar axial compressive strength test. The specimen geometry aspects are cubic, (4x4x4) cm, column with height/thickness ratio equals two prismatic, (4x4x8) cm, beam with height/thickness ratio equals one prismatic also with dimensions (4x4x8) cm however tested with horizontal 8 cm dimension and 5 cm diameter cylindrical with 5 cm and 10 cm of height. Specimen material are strong and weak mortar. We tested five specimen of every mortar strength one for each geometry therefore ten specimen total at 28 days of age. The cylindrical specimen resulted in lower mechanical strength among all geometry. Between cylindrical ones the results exibited equivalent strength however, among prismatic and cubic ones the strength results diverged. Ones with height/thickness ratio equals one, i.e., cubic and beam, resulted in higher strength then one with height/thickness ratio equals two, named column. Numerical simulations verify these results indicating equally height/thickness ratio equals one geometry with higher strength. This could be happening because in height/thickness ratio equals one geometry the maximum principal stress values (tractions) are lower.

Keywords: axial compression, strength test, specimen shape, specimen size, numerical analysis.

A resistência à compressão axial de compostos cimentícios é um parâmetro importante para classificação, aferição de qualidade e dimensionamento desses materiais. Os valores obtidos nos ensaios são diretamente influenciados pelas propriedades intrínsecas dos compostos e por fatores externos, como dimensão e forma dos corpos de prova. O presente trabalho tem por objetivo avaliar experimentalmente e numericamente, por meio do método dos elementos finitos, como a forma e a dimensão dos corpos de prova influenciam no resultado do ensaio de resistência à compressão axial de argamassas. Foram ensaiados dois traços de argamassa, um considerado forte e outro fraco, em cinco diferentes configurações, três delas prismáticas, (4x4x4) cm, (4x4x8) cm (de pé; relação altura/espessura de 2) e (4x4x8) cm (deitado; relação altura/espessura de 1), e outras duas cilíndricas, com diâmetro de 5 cm e alturas de 5cm e 10cm. O ensaio foi realizado aos 28 dias de idade e foi notada menor resistência mecânica para os corpos de prova cilíndricos. Quanto às dimensões dos corpos de prova, foi notada resistência equivalente no caso dos cilíndricos para as duas relações altura/diâmetro adotadas (2,0 e 1,0). Contudo, o mesmo não ocorreu com os corpos de prova prismáticos, que apresentaram resistências superiores para a relação altura/espessura igual a 1,0. A análise numérica corrobora os resultados obtidos em laboratório, indicando maior resistência dos corpos de prova prismáticos com menor relação altura/espessura, devido aos menores valores de tensões principais de tração.

Palavras-chave: compressão axial, ensaio de resistências, formato do corpo de prova, tamanho do corpo de prova, análise numérica.