Structural accidents due to punching shear failures have been reported in flat slab buildings. Design recommendations presented by codes can lead to entirely different punching shear resistance estimates for similar situations. Furthermore, design codes do not present guidelines for the design of punching shear strengthening of existing slabs. This paper uses a database with 118 experimental results to discuss the performance of theoretical estimates of punching shear resistance using ACI 318, Eurocode 2 and ABNT NBR 6118 in the case of slabs without shear reinforcement. Another database with results of 62 tests on slabs strengthened with post-installed steel and CFRP dowels is used to evaluate the performance of these strengthening techniques and to propose adaptations in codes to allow their use in punching shear strengthening situations of existing slab-column connections.

Keywords: flat slabs, punching shear, structural strengthening; CFRP, post-installed steel connectors.

Acidentes estruturais por punção vêm sendo relatados em edifícios com lajes lisas. As recomendações de projeto apresentadas pelas normas podem levar a estimativas de resistência à punção divergentes para situações semelhantes. Além disso, não são apresentadas orientações para o dimensionamento do reforço à punção de lajes existentes. Este artigo utiliza um banco de dados com 118 resultados experimentais para discutir o desempenho das estimativas teóricas de resistência à punção obtidas usando o ACI 318, o Eurocode 2 e a ABNT NBR 6118 para o caso de lajes sem armadura de cisalhamento. Um outro banco de dados, com resultados de 62 ensaios em lajes reforçadas com conectores pós-instalados de aço e PRFC, é utilizado para avaliar o desempenho destas técnicas de reforço e para apresentar propostas de adaptação das recomendações destas normas para permitir seu uso em situações de reforço à punção de ligações laje-pilar existentes.

Palavras-chave: lajes lisas, punção, reforço estrutural, PRFC, conectores pós-instalados de aço.

Most standards indicate the need of the evaluation of abnormal loads in the structural design, but in general, they do not provide many details about these actions and how to consider them in the design. The consequence of not considering these actions may be to the progressive collapse of the structure. This type of failure can be avoided by design of elements with sufficient robustness to control possible localized damage, ensuring adequate time for emergency measures to be taken. This work aims to discuss the progressive collapse and the behavior of masonry buildings subject to abnormal loads. An extensive literature review is carried out, highlighting the main procedures and strategies to mitigate this issue and the guidelines available in the standards. It is concluded that there is still an absence of works that deal with this kind of action in masonry buildings.

Keywords: masonry, abnormal loads, progressive collapse, robustness.

A maioria dos códigos normativos cita a necessidade da avaliação de ações excepcionais no projeto de estruturas, porém sem fornecer muitos detalhes de quais seriam estas ações e como considerá-las. A consequência da não consideração destas ações pode levar ao colapso progressivo da estrutura. Este tipo de ruína pode ser evitado projetando-se estruturas com robustez suficiente para controlar possíveis danos localizados, proporcionando tempo suficiente para que medidas de emergência sejam realizadas. Este trabalho tem como objetivo discutir o colapso progressivo e o comportamento de edifícios em alvenaria estrutural sujeitos a ações excepcionais. Para tal, uma extensa revisão teórica é realizada, destacando os principais procedimentos e estratégias para mitigação dessa problemática e as diretrizes de projeto disponíveis nos códigos normativos. Conclui-se que ainda faltam trabalhos específicos que tratam sobre as ações excepcionais em edifícios de alvenaria estrutural.

Palavras-chave: alvenaria, danos acidentais, colapso progressivo, robustez.

Abstract

The present study evaluated the feasibility of the use of grinding dust (GD), a waste generated in the clutch disc finishing process, as a retardant additive in cementitious matrices. For this, the waste was added in contents of 5%, 10% and 15%, relative to the cement weight, and the setting time was determined by the Vicat method. In addition, the influence of this material on rheology (flow table, squeeze-flow and rotational rheometry) and on the physical-mechanical properties of the hardened matrices was analyzed. The results indicated an increase in setting time and a reduction in the fluidity of the mortars as a function of the addition of GD and the best results for the hardened state properties were verified for the cementitious matrices containing a 5% addition. Therefore, it was observed that GD is effective in retarding the setting time, presenting great potential for use in civil construction, without impairing its properties.

Keywords: waste, grinding dust, retarding admixture, rheology, physical-mechanical properties.

O presente estudo avaliou a viabilidade da utilização do pó de retífica (PR), resíduo gerado na produção de revestimentos de discos de embreagem, como aditivo retardador em matrizes cimentícias. Para isso, o PR foi adicionado nos teores de 5%, 10% e 15%, em relação à massa de cimento, e avaliou-se o efeito desta adição no tempo de pega, pelo método de Vicat. Além destes ensaios, foi analisada a influência deste material na reologia (flow table, squeeze-flow e reometria rotacional) e nas propriedades físico-mecânicas das matrizes endurecidas. Os resultados indicaram um retardo de pega crescente em função de um maior teor de PR adicionado e uma redução na fluidez das matrizes cimentícias, sendo que os melhores resultados para as propriedades no estado endurecido foram verificados para as matrizes cimentícias contendo 5% de adição. Assim, observou-se que o PR é eficaz no retardo da pega, apresentando grande potencial de utilização na construção civil, sem prejudicar as suas propriedades.

Palavras-chave: resíduo, pó de retífica, aditivo retardador, reologia, propriedades físico-mecânicas.

Abstract

In search of an improved compatibility between cold-formed steel profi les and precast fl oor systems, this study proposes an alternative shear connector for cold-formed steel-concrete composite beams. This connector consists of a steel plate with holes placed longitudinally in the middle of the upper fl ange of the steel profi le, aiming to maximize the support area for precast slabs during the assembly. The proposed solution was experimentally tested on I-beams under bending, composed by two cold-formed steel channels, connected to a reinforced concrete slab by the shear connector. The relative slip between the steel profi le and concrete, vertical defl ection of the beam, and strains at several locations of the composite section were measured. The results show that the proposed connector assures shear transfer at the interface of the composite section components and shows strength of the same magnitude as other commonly used connectors.

Keywords: composite beam, cold-formed steel profi les, shear connector, perfobond.

Buscando compatibilizar as estruturas em perfi l formado a frio com os sistemas de piso com pré-laje, foi proposta nesse trabalho uma alternativa de conector de cisalhamento para vigas mistas compostas por perfi l formado a frio que visa maximizar a área disponível para apoio das pré-lajes durante o processo construtivo. Trata-se de um conector em chapa perfurada disposto longitudinalmente no centro da mesa superior do perfi l. Para testar a solução proposta, foi realizado um trabalho experimental em que se submeteu à fl exão uma viga de seção I composta por dois perfi s U enrijecidos formados a frio conectada a uma laje de concreto armado através dos conectores propostos. Nestes ensaios foram medidos o deslizamento relativo entre o perfi l de aço e o concreto, o deslocamento vertical da viga e as deformações em diversos pontos da seção mista. Analisando os resultados obtidos pôde-se concluir que o conector proposto consegue desempenhar a função de transferir o cisalhamento na interface dos componentes da seção mista apresentando resistência da mesma ordem que conectores usuais

Palavras-chave: viga mista, perfi is formados a frio, conector de cisalhamento, perfobond.

Abstract

In this paper, the fi nite element method was used for the numerical modeling of columns with square, rectangular and circular cross sections wrapped with FRP. The numerical modeling was successfully calibrated with the experimental data considering axial load, axial strain and transverse strain. The distribution of compressive stresses in the cross section of the column indicates that for centered load, circular cross sections have uniform distribution and for square and rectangular sections the eff ective confi ned concrete was defi ned by parabolas and concentrates next to the rounded corners. For eccentric load, the eff ective confi ned region moves to the most confi ned edge, thus, this does not reduce the gain for square and rectangular columns, but is unfavorable for circular columns.

Keywords: strengthening of columns, fi ber reinforced polymers, concrete confi nement.

Neste artigo é apresentada a modelagem numérica em elementos fi nitos de pilares com seções transversais circular, quadrada e retangular solicitados por força centrada e excêntrica, reforçados com PRF. O modelo numérico foi calibrado com os resultados experimentais e indicou boa compatibilidade de forças axiais, deformações axiais e deformações transversais. Foi demonstrada a distribuição das tensões de compressão na seção transversal do pilar, indicando que no caso de solicitação por força centrada as seções transversais circulares apresentam distribuição uniforme e os pilares com seção quadrada e retangular a região de concreto confi nado fi ca limitada por parábolas e se concentram junto aos cantos arredondados. Para o caso de força excêntrica, a região efetivamente confi nada se desloca junto à borda mais comprimida, sendo que isso não reduz o ganho de resistência para seções quadradas e retangulares, mas reduz a efi ciência do reforço em seções circulares.

Palavras-chave: reforço de pilares, polímeros reforçados com fi bras, confi namento do concreto.

Abstract

The conventional design of concrete gravity dams still follows the deterministic method, which does not directly quantify the effect of uncertainties on the safety of the structure. The theory of structural reliability allows the quantification of safety of these structures, from the quantification of the inherent uncertainties in resistance and loading parameters. This article illustrates application of structural reliability theory to the case study analysis of a built concrete gravity dam. Results show that reliability of the built structure is greater than that of the designed structure. The study compares reliability for design conditions, with the corresponding safety coefficients, illustrating a lack of linearity between safety coefficients and reliability. Furthermore, the study shows which are the failure modes and the design parameters with greater influence on dam safety.

Keywords: structural safety assessment, concrete dams, reliability analysis.

O projeto convencional de barragens de gravidade de concreto ainda segue o método determinístico, que não quantifica diretamente o efeito das incertezas na segurança da estrutura. A teoria de confiabilidade estrutural permite a quantificação da segurança destas estruturas, a partir da quantificação das incertezas inerentes aos parâmetros de resistência e solicitação. Este artigo ilustra a aplicação da confiabilidade estrutural ao estudo de caso de uma barragem de gravidade de concreto construída. Os resultados obtidos mostram que a confiabilidade da estrutura construída é maior do que da estrutura projetada. O estudo compara a confiabilidade na condição de projeto com os coeficientes de segurança resultantes, ilustrando a falta de linearidade entre coeficientes de segurança e confiabilidade. O estudo mostra ainda quais são os modos de falha e parâmetros de projeto com maior influência na segurança da estrutura.

Palavras-chave: avaliação de segurança estrutural, barragens de concreto, análise de confiabilidade.

Abstract

In this study, mass concrete samples with tire rubber chips (rubberized concrete) were evaluated in order to determine if the addition of rubber particles would enhance cracking strength due to volumetric variations of thermal origin, compared to a reference concrete, without rubber. Samples of the concretes studied were initially tested to characterize their thermal and mechanical properties. The test results were used as parameters for the analysis of the thermo-mechanic behavior of the rubberized concrete by means of a software that determined the thermal and stress response on a bi-dimensional dominion of a structural element of hypothetical geometry, typical of dam construction, applying FEM (finite element method) analysis. The results obtained indicated that, although the maximum temperatures expected are similar for both concretes (reference and rubberized), those containing tire rubber chips are subjected to lower tensile stresses, about half the stress generated in the control concrete. This behavior indicates that the addition of tire rubber chips in concrete is an efficient strategy to minimize the risk of cracking due to thermal stresses.

Keywords: mass concrete, tire rubber, thermal stress analysis, finite element method.

Neste estudo, foram avaliadas amostras de concreto massa com borracha (concreto emborrachado) para determinar se a adição de partículas de borracha aumentaria a resistência à fissuração devido a variações volumétricas de origem térmica, em comparação com um concreto de referência, sem borracha. Amostras dos concretos estudados foram inicialmente testadas para caracterizar suas propriedades térmicas e mecânicas. Os resultados do teste foram utilizados como parâmetros para a análise do comportamento termo-mecânico do concreto emborrachado por meio de um software que determinou a resposta térmica e de tensões em um domínio bidimensional de um elemento estrutural de geometria hipotética, típico da construção de barragens, aplicando análise FEM (método dos elementos finitos). Os resultados obtidos indicaram que, embora as temperaturas máximas esperadas sejam similares para ambos os concretos (referência e emborrachado), aqueles contendo partículas de borracha são submetidos a menores esforços de tração, cerca de metade da tensão gerada no concreto de controle. Esse comportamento indica que a adição de partículas de borracha de pneus no concreto é uma estratégia eficiente para minimizar o risco de fissuração devido a tensões térmicas.

Palavras-chave: concreto massa, borracha de pneu, análise de tensão térmica, método de elementos finitos.

Abstract

The objective of this work is to make feasible the use of FEA slag instead of the conventional bulk aggregate in the pervious concrete (PC) production, reaching the minimum parameters required by NBR16416/2015 and ACI 522R-10. This substitution would minimize the use of natural aggregates, besides taking advantage of a residue that has no specifi c destination. In order to reach the objective, three FEAs with diff erent grain sizes were chosen: 6-10 mm (A), 10-20 mm (B) and fi nally a mixture of the two previous ones (C) in the proportion 30-70 respectively. In order to evaluate its mechanical behavior, tests of compressive strength and fl exural tensile tests were carried out, while the evaluation of the hydraulic behavior, porosity and constant head permeability test were performed. The compressive strength varies from 19-31MPa and 3-4MPa for fl exural tensile strength was obtained. In hydraulic terms, the porosity varied from 15-20% and the permeability coeffi cient was 10-12mm/s. There is also a direct infl uence of grains of size less than 4.8 mm (small aggregate) on the compressive strength and permeability of PCs. At the end of the results, it was possible to establish a correlation between the compressive strength, the permeability and the percentage of grains inferior to 4.8mm (sand%), being this positive in relation to the studied variables, that is, the mechanical and hydraulics. Therefore, it has been concluded that the total substitution of conventional aggregates by FEA in CoPe manufacturing will comply with the minimum parameters of NBR 16416/2015.

Keywords: pervious concrete, permeability, porosity, sustainability, electric furnace slag.

O objetivo deste trabalho é viabilizar o uso de escória de forno elétrico (FEA) em substituição ao agregado graúdo convencional na fabricação de concreto permeável (CoPe), atingindo os parâmetros mínimos exigidos pela norma NBR16416/2015. Esta substituição minimizaria a utilização de agregados naturais, além de aproveitar um resíduo que não tem destinação específi ca. Para alcançar o objetivo foram escolhidos três FEA’s com diferentes distribuições granulométricas: 6-10 mm (A), 10-20 mm (B) e fi nalmente uma mistura das duas anteriores (C) na proporção 30-70 respectivamente. Para avaliar seu comportamento mecânico foram realizados ensaios de resistência à compressão e tração na fl exão, enquanto na avaliação do comportamento hidráulico, índice de vazios e permeabilidade à carga constante foram realizados. Na compressão foram obtidas resistências variando de 19-31MPa e 3-4MPa na tração na fl exão. Em termos hidráulicos, o índice de vazios variou de 15%-20% e o coefi ciente de permeabilidade de 10-12mm/s. Também se verifi ca a infl uência direta dos grãos de tamanho inferior a 4.8 mm (agregado miúdo) na resistência à compressão e na permeabilidade dos CoPes. Ao fi nal, a partir dos resultados obtidos foi possível estabelecer uma correlação entre a resistência à compressão, a permeabilidade e a porcentagem de grãos inferiores a 4.8mm (%areia), sendo esta positiva em relação às variáveis estudadas, ou seja, as propriedades mecânicas e hidráulica. Por tanto foi concluído que é viável a substituição total dos agregados convencionais por FEA na fabricação de CoPe cumprindo com os parâmetros mínimos da NBR 16416/2015.

Palavras-chave: concreto permeável, permeabilidade, índice de vazios, sustentabilidade, escória de forno elétrico.

Abstract

The research developed has the purpose of analyzing the potential utilization of sugarcane bagasse ash and tire residue in the construction of pavers in replacement of the small aggregate, the natural sand. In order to achieve this objective, the methodology adopted includes steps such as: characterization of the residues to be used, preparation of pavers with different contents of partial replacement of small aggregates, determination of the main pavers characteristics (compressive strength, water absorption, abrasion resistance) . The results proved the viability of the substitution, and the optimum content for the manufacturing of the parts is 27%, being 25% of BCC and 2% of tires. The contribution of the research is focused on reducing the consumption of natural resources and the correct disposal of the residues studied.

Keywords: cinza do bagaço da cana-de-açucar,pneus, pavers, reciclagem, durabilidade.

A pesquisa desenvolvida tem como proposta analisar a potencialidade de utilização da cinza do bagaço da cana-de-açúcar e do resíduo de pneus na confecção de blocos de concreto para pavimentação (pavers) em substituição do agregado miúdo, a areia natural. Para atingir este objetivo a metodologia adotada compreende etapas como: a caracterização dos resíduos a serem utilizados, confecção de pavers com diferentes teores de substituição parcial de agregado miúdo, determinação das principais características pavers (resistência à compressão, absorção de água, resistência à abrasão). Os resultados comprovaram a viabilidade da substituição, sendo que o teor ótimo para a fabricação das peças é de 27%, sendo 25% de CBC e 2% de pneus. A contribuição da pesquisa está voltada para redução do consumo dos recursos naturais e a correta disposição dos resíduos estudados.

Palavras-chave: sugarcane bagasse ash, tires, pavers, recycling, durability.

Abstract

The research developed has the purpose of analyzing the potential utilization of sugarcane bagasse ash and tire residue in the construction of pavers in replacement of the small aggregate, the natural sand. In order to achieve this objective, the methodology adopted includes steps such as: characterization of the residues to be used, preparation of pavers with different contents of partial replacement of small aggregates, determination of the main pavers characteristics (compressive strength, water absorption, abrasion resistance) . The results proved the viability of the substitution, and the optimum content for the manufacturing of the parts is 27%, being 25% of BCC and 2% of tires. The contribution of the research is focused on reducing the consumption of natural resources and the correct disposal of the residues studied.

Keywords: blocos de concreto, alvenaria estrutural, elevadas temperaturas, isolamento térmico, análise numérica.

The purpose of the current study is to verify the thermal insulation capacity of concrete block masonry in a fire situation through the thermal simulation of prisms. Initially, a prism with mortar coating on the face exposed to fire was numerically simulated and compared to experimental results provided by a company in order to validate the block thermal properties. To represent air in the block cavities, fluid-structure interaction was used in ABAQUS software. The uncoated and mortar-coated prisms on both sides were analyzed in a fire situation. The thermal insulation of the uncoated prism was maintained for more than 60 minutes and with the application of coating on both faces there was an increase of 59% of this time. The thermal fields were generated, thus leading to future thermomechanical analysis.

Palavras-chave: concrete blocks, structural masonry, high temperatures, thermal insulation, numerical analysis.

Abstract

Concentrated loads in slabs without transverse reinforcement, usual in highway bridges, result in the horizontal spreading of the shear force towards the supports, situation in which not all the slab width contributes in the shear strength. Based on this, the analytical models of shear strength and punching capacity in slabs may not be suitable to deal with this loading. Since this topic is not widely discussed in the national technical literature, the paper aims to present contributions to these analyses with a focus on the accuracy level of the shear strength analytical models recommended by ABNT NBR 6118:2014. Therefore, the models available in the Brazilian code were applied to an experimental database with 118 test results and the results obtained by the Brazilian and European codes were compared. The results demonstrated that, as presented in the Brazilian code, shear strength model in one-way slabs can lead to unsafe resistance predictions while the punching capacity model can lead to very conservative predictions. From the analysis, it is concluded that considering the reduction of the shear force, in the case of loads distributed in small areas close to the support in slabs, and the use of more suitable procedures to define the effective width, it is possible to improve the level of accuracy of relations between experimental and theoretical values, but this still leads to high percentages of unsafe predictions of resistance (> 40%).

Keywords: shear strength, slabs without transverse reinforcement, concentrated load, load close to support.

A solicitação por cargas parcialmente distribuídas em lajes sem armadura transversal, frequente em tabuleiros de pontes, resulta na propagação horizontal da força cortante em direção aos apoios, situação na qual nem toda a largura da laje é mobilizada. Por esta razão, os modelos de resistência à força cortante de vigas e de resistência à punção em lajes podem não se adequar ao tratamento do problema. Uma vez que este ainda é um tema pouco discutido na literatura nacional, o artigo tem por objetivo apresentar contribuições à análise deste tipo de problema com enfoque no nível de precisão dos modelos de cálculo de resistência à força cortante preconizados pela ABNT NBR 6118:2014. Para isto aplicaram-se os modelos disponíveis na norma brasileira a uma base de dados experimentais com 118 resultados de ensaios e compararam-se os resultados obtidos pelo código brasileiro e europeu. Os resultados demonstraram que, na forma como disposta, as formulações brasileiras de resistência à força cortante em lajes unidirecionais podem conduzir a previsões inseguras de resistência e que a formulação de resistência à punção pode conduzir a previsões excessivamente conservadoras. Das análises realizadas conclui-se que com a consideração de redução da força cortante solicitante, no caso de cargas distribuídas em pequenas áreas próximas do apoio em lajes, e utilização de procedimentos mais apropriados de definição da largura colaborante é possível melhorar a correlação entre valores experimentais e teóricos, mas ainda resulta em percentuais elevados de previsões inseguras de resistência (>40%).

Palavras-chave: resistência à força cortante, lajes sem armadura transversal, carga parcialmente distribuída, carga próxima do apoio.

Abstract

The admixture of recycled concrete aggregates (RCA) in new concretes is an interesting alternative in the eff orts to mitigate environmental impacts. RCA may increase porosity and change properties of concretes. Rice husk ash (RHA) is employed as supplementary cementitious material may improve concrete properties. The present study investigated the shrinkage of concrete prepared with RCA and RHA, proposing a mathematical model to explain the phenomenon. Concretes were produced with 25% and 50% of coarse recycled aggregate as replacement of natural aggregate, 0%, 10%, and 20% of RHA as replacement of cement, and a water-to-binder ratio of 0.64. Water absorption and capillary and total porosities were analyzed on day 28. Shrinkage tests were conducted on days 1, 4, 7, 14, 28, 63, 91, and 112. The results point to a signifi cant interaction between RHA and RCA.

Keywords: recycled concrete aggregate, rice husk ash, shrinkage, porosity.

O emprego de agregado reciclado de concreto (ARC) para a produção de novos concretos é uma alternativa interessante para mitigar impactos ambientais. O ARC pode aumentar a porosidade e impactar negativamente as propriedades do concreto. A cinza de casca de arroz (CCA), empregada como material cimentício suplementar, pode mitigar estes efeitos. Este estudo investiga a retração em concretos produzidos com ARC e CCA, propondo um modelo matemático para explicar os comportamentos observados. Foram elaborados concretos com 25 e 50% de ARC graúdo, e 10 e 20% de CCA em substituição ao cimento, com uma única relação água-aglomerante (0,64). A absorção e água capilar e total, bem como a porosidade, foram avaliadas aos 28 dias. A retração foi medida em 1, 4, 7, 14, 28, 63, 91 e 112 dias. Os resultados indicam um efeito signifi cativo da interação entre ARC e CCA.

Palavras-chave: agregado reciclado de concreto, cinza de casca de arroz, retração, porosidade.