Several factors influence the stability of concrete structures, such as building height, structural components’ rigidity, bracing system, beam-wall connection rigidity, among others. Global structural stability is evaluated according to NBR 6118/2014 by the α e γz parameters. This article aims to evaluate the global structural stability concrete structures considering the eccentricity of the beam-wall connections. With the aid of software Abaqus© and TQS©, reticulated models were analyzed to evaluate the contribution of the eccentricity of the beam-wall connections on the global stability and the rigidity of the connections. The geometric nonlinear effects were disregarded in these analyses. The stability parameters from NBR6118/2014 were evaluated in the frame models, as well as the flexibilization criteria from the TQS© software, LEPMOL e REDMOL. The results of the displacement analysis show an increase of 26.45%, comparing the centered connection to the more eccentric connection.

Keywords: global stability, beam-wall connection, TQS©, flexibility criteria.

Diversos fatores influenciam a estabilidade das estruturas de concreto, como a altura das edificações, a rigidez dos elementos estruturais componentes, o sistema de contraventamento, a rigidez das ligações viga-pilar entre outros. A estabilidade global das estruturas é avaliada segundo a NBR 6118/2014 pelos parâmetros α e γz . Este trabalho objetiva avaliar a estabilidade global de estruturas de concreto considerando a influência da excentricidade na ligação viga-pilar parede. Com o auxílio dos softwares Abaqus© e TQS© foram analisados modelos reticulados, avaliando-se a contribuição da excentricidade da ligação viga-pilar parede para a estabilidade global e para rigidez da ligação. Os modelos foram analisados sem a consideração da não linearidade geométrica. Nos modelos de pórtico foram avaliados os parâmetros de estabilidade da NBR 6118/2014, assim como, os critérios de flexibilização da ligação do pórtico do TQS©, LEPMOL e REDMOL. Os resultados das análises de deslocamentos indicaram um crescimento de 26,45%, comparando-se a ligação centrada com a mais excêntrica.

Palavras-chave: estabilidade global, ligação viga-pilar parede, TQS©, flexibilidade.

This paper aims to present the flexural behavior of hybrid GFRP (glass fiber reinforced polymer) concrete beams as sleepers to railway application. It was tried to obtain sleepers with adequate mechanical resistance, not susceptible to corrosion, durable and lighter than the sleepers in prestressed concrete. Pultruded fiberglass and polyester resin profiles were filled with high strength concrete and polyolefin fiber in the following proportions by volume: 1% and 2.5%. The beams were 1.06 meters long and had a 76 mm x 76 mm x 6 mm cross section, corresponding to a reduced model in a 1: 2.64 scale of a 2.80 meters long sleeper. In the bending tests, the load was applied at the center of the sleeper, as provided in the Brazilian standard NBR 11709 (2015) and American standard AREMA (2016). During the tests the applied load, the vertical deflection and the longitudinal tensile and compression deformations were measured in the center of the span. The influence of fiber addition on the strength, rupture mode and flexural modulus of elasticity of the hybrid beams was analyzed. Finally, the hybrid sleeper performance was compared to that of the prestressed concrete monoblock sleeper. The results obtained were satisfactory, indicating that the proposed hybrid sleeper is a constructively and technically feasible alternative.

Keywords: sleeper, concrete, GRFP, polyolefin fiber, experimental analysis.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o comportamento à flexão de vigas híbridas de GFRP (glass fiber reinforced polymer – polímero reforçado com fibra de vidro) e concreto para aplicação em dormentes ferroviários. Pretendeu-se obter dormentes com adequada resistência mecânica, não susceptíveis à corrosão, duráveis e mais leves que os dormentes em concreto protendido. Foram estudados perfis pultrudados de fibra de vidro e resina de poliéster, preenchidos com concreto de alta resistência e fibras de poliolefina nas seguintes proporções em volume: 1% e 2,5%. As vigas tinham 1,06 metros de comprimento e seção transversal de 76 mm x 76 mm x 6,2 mm, correspondendo a um modelo reduzido em escala 1 : 2,64 de um dormente de 2,80 metros de comprimento. Nos ensaios de flexão, a carga foi aplicada no centro do dormente, conforme previsto nas normas ABNT NBR 11709 (2015) e AREMA (2016). Durante os ensaios foram medidas a carga aplicada, a flecha e as deformações longitudinais de tração e compressão no centro do vão. Foi analisada a influência da adição de fibras na capacidade resistente, no modo de ruptura e no módulo de elasticidade à flexão das vigas híbridas. Por fim, o desempenho do dormente híbrido foi comparado ao do dormente monobloco em concreto protendido. Os resultados obtidos foram satisfatórios, indicando que o dormente híbrido proposto é uma alternativa viável construtivamente e tecnicamente.

Palavras-chave: dormente, concreto, GFRP, fibra de poliolefina, análise experimental.

Abstract

An experimental study is presented to produce Ultra High Performance Reinforced Concrete (UHPRC) with sustainable materials produced in Brazil. A complete factorial arrangement was defined and five controllable factors were selected based on the literature review. Cylindrical specimens were tested at 7, 14 and 28 days of curing, with and without heat treatment. The residual deviations of the results were determined and an analysis of variance using ANOVA was applied to know the contribution of each controllable factor on the compressive strength, which reached a maximum value of 138.12 MPa. Finally, a mix design is proposed to obtain UHPRC by applying a simple manufacturing procedure using commercial materials, with which a high performance concrete can be obtained, reaching at least 70% of its strength in seven days.

Keywords: UHPRC, sustainable, compressive strength, ANOVA.

Se presenta un estudio experimental para producir Ultra High Performance Reinforced Concrete (UHPRC) con materiales sustentables producidos en Brasil. Un arreglo factorial completo fue definido y cinco factores controlables fueron seleccionados basados en la revisión bibliográfica. Especímenes cilíndricos fueron ensayados a los 7, 14 y 28 días de curado, con y sin tratamiento térmico, para determinar la resistencia a la compresión. Desvíos residuales fueron determinados y se aplicó un análisis de varianza usando ANOVA para conocer la contribución de cada factor controlable sobre la resistencia a la compresión, la cual alcanzó un valor máximo de 138,12 MPa. Al final se propone un diseño de mezcla para obtener UHPRC aplicando una metodología simple de fabricación usando materiales comerciales, con los cuales se puede obtener un concreto de alto desempeño que alcanza a los siete días de curado el 70% de su resistencia.

Palavras-chave: UHPRC, sustentable, resistencia a la compresión, ANOVA.

Abstract

This article aims to perform statistical analysis on the inclusion effects of waste tire rubber and fly ash from thermoelectric plants as mortar components for coating buildings. Reference mortars and mortars containing 5% and 10% rubber with a maximum grain size of 0.71 mm and mortars containing fly ash particles with a diameter of 45 μm were produced. Mortars containing rubber replaced 5% and 10% of the fine aggregate mass by this material and fly ash was added in 10% and 20% proportions compared to the cement volume. A 3² factorial experiment was performed on the mechanical properties of the compressive strength of mortars, applying analysis of variance (ANOVA) and surface response. The rubber waste material contributed to the decrease in compressive strength of the mortar and that factor displayed the highest significance in the response variable.

Keywords: coating mortar, waste tire rubber, fly ash, compressive strength, statistical analysis.

Este artigo tem como objetivo efetuar a análise estatística dos efeitos da inclusão da borracha de pneus inservíveis e cinza volante oriunda de usinas termelétricas como componentes da argamassa para revestimento de edificações. Foram produzidas argamassas de referência e argamassas contendo borracha com dimensão máxima dos grãos de 0,71 mm e cinza volante com granulometria de 45 μm. As argamassas contendo borracha tiveram 5% e 10% da massa do agregado miúdo substituído por esse material e a cinza volante adicionada em proporções de 10% e 20% em relação ao volume de cimento. Foi realizado um projeto fatorial 3² para os resultados referentes à propriedade mecânica de resistência à compressão das argamassas, aplicando a análise da variância (ANOVA) e de superfície de resposta. O resíduo de borracha contribuiu para a diminuição da resistência à compressão das argamassas e foi o fator que apresentou maior significância na variável resposta.

Palavras-chave: argamassa de revestimento, resíduo de pneus, cinza volante, resistência mecânica à compressão, análise estatística.

Abstract

Reinforced concrete structures may demand, throughout their lifetime, the increase of the capacity load due to eventual changes in the load configuration. In this context, corbels could be considered structural elements which present great challenges for installing strengthening solutions. The referred difficulty is due to the fact that the strength capacity of this kind of element is dependent on the strength of a diagonal concrete strut and a tensile steel tie, both located in a very short region also subjected to interferences. In the present paper, the behavior of reinforced concrete corbels strengthened with external prestressing is investigated. For that, nonlinear analysis of short corbels (a/d ratio between 0,5 and 1,0), strengthened or not, have been applied. Also, analytical models based on the Strut-and-Tie Model were developed and the obtained results were compared with experimental results. The obtained results have demonstrated that strengthening reinforced concrete corbels using external prestressing is a fast, efficient and safe solution.

Keywords: structural strengthening, short corbels, strut and tie model, external prestressing.

As estruturas em concreto podem exigir, ao longo de sua vida útil, o aumento da capacidade de carga devido a eventuais mudanças de utilização. Nesse contexto, os consolos podem ser considerados elementos estruturais que apresentam grandes desafios para a instalação de alternativas de reforço. Tal dificuldade é decorrente do fato de que a capacidade resistente do consolo depende da segurança conjunta de uma diagonal comprimida de concreto e de um tirante metálico em uma zona extremamente limitada e sujeita a interferências. No presente trabalho, apresenta-se o comportamento de consolos de concreto armado reforçados com barras externas protendidas. Para tanto, análises não-lineares de consolos curtos (relação a/d entre 0,5 e 1,0), dotados ou não de reforço com protensão externa, foram efetuadas. Além dos modelos numéricos, foram aplicados modelos analíticos baseados no Método das Bielas, de maneira que os resultados puderam ser comparados com resultados experimentais. Os resultados obtidos demonstram que a alternativa de reforço de consolos com protensão externa é uma solução rápida, eficiente e segura para consolos em concreto armado.

Palavras-chave: reforço estrutural, consolo curtos, modelo de escoras e tirantes, protensão externa.

Abstract

There are many methods for designing pile caps, but there is still no consensus on which one provides the best approach for the practical engineers. In Brazil, many structural designers use the classical Blévot method; however, the applicability of the method has been questioned after the revision of the NBR 6118 standard for design of concrete structures in 2014. To support structural designers, a strut-and-tie model has recently been developed that relates the classical method to the most current concepts of strut-and-tie models. The theoretical bearing capacity of four-pile cap obtained through several strut-and-tie models are compared with experimental tests. The results show that this recently developed model is suitable for the design of deep pile cap.

Keywords: pile caps, strut-and-tie models, design, reinforced concrete.

Existem muitos métodos de dimensionamento de blocos de fundações, mas ainda não há consenso sobre qual método fornece a melhor abordagem para o engenheiro de projetos. No Brasil, muitos projetistas de estruturas utilizam o método clássico de Blévot, no entanto, com a revisão da norma NBR 6118 de projeto de estruturas de concreto em 2014, o meio técnico tem sido confrontado com dúvidas quanto a aplicabilidade desse método pela regulamentação vigente. De forma a contribuir com o tema, recentemente foi desenvolvido um modelo de bielas e tirantes que relaciona o método clássico com os conceitos mais atuais de modelos de bielas e tirantes. As resistências teóricas de blocos sobre 4 estacas obtidas através de vários modelos de bielas e tirantes são comparadas com ensaios experimentais. Os resultados obtidos mostram que o modelo recentemente desenvolvido é adequado para o dimensionamento de blocos rígidos.

Palavras-chave: blocos de fundação, modelos de bielas e tirantes, dimensionamento, concreto armado.

Abstract

In this paper, the Laplace’s equation is solved analytically in the complex plane for the field of hydrodynamic pressures generated by the rigid body movement of a dam against a reservoir with infinite domain and incompressible fluid. The force the reservoir fluid exerts on the face of the dam is determined through the integration of the hydrodynamic pressure in the complex plane. The conservative effects (real part) and dissipative effects (imaginary part) of the force are analyzed as a function of the Froude number. The asymptotic solution of the aforementioned effects are also presented in this paper.

Keywords: dam-reservoir interaction, hydrodynamic pressure, equation of Laplace

Neste trabalho, a equação de Laplace é resolvida analiticamente no plano complexo para o campo de pressões hidrodinâmicas gerado pelo movimento de corpo rígido da barragem na presença de um meio fluido infinito e incompressível (um reservatório). A força exercida pelo fluido do reservatório na face da estrutura da barragem é então determinada através da integração da pressão hidrodinâmica no plano complexo, e os efeitos conservativos (parte real desta força) que traduzem os aspectos inerciais da interação barragem-reservatório, e os efeitos dissipativos (parte imaginária desta força) que traduzem os aspectos de amortecimento desta interação são analisados em função de um parâmetro escalar característico de fluxo de superfície livre (número de Froude). É feita, também, a apresentação das soluções assintóticas para os efeitos citados.

Palavras-chave: interação barragem-reservatório, pressão hidrodinâmica, equação de Laplace.

Abstract

In this work, the axial compressive strength at 3, 7 and 28 days of age and the tensile strength at 28 days of age of specimens of two self-compacting concrete (SCC) compositions were evaluated. The difference between them was the presence of the sugarcane bagasse ash (SCBA) in the substitution rate of 10% of the sand mass in the second trace. The traces were developed based on the rheological parameters of the NBR 15823 Brazilian standard. The strengths at 28 days were evaluated by the confidence interval of the Student’s t-test with α of 5%. The results in the fresh state have proved that the rheological performances between the SCC’S are similar. Moreover, the SCC with SCBA obtained equivalent performances in the compressive and tensile strengths at all ages when compared to the SCC without SCBA, with an effective reduction of 87 Kg of sand per cubic meter of concrete.

Keywords: self-compacting mortar, rheology of concrete, mechanical strength of concrete, sustainability.

Neste trabalho foram avaliadas as resistências à compressão axial aos 3, 7 e 28 dias de idade e a resistência à tração aos 28 dias de idade, de corpos de prova de duas composições de concreto autoadensável (CAA). A diferença entre ambas, era a presença da cinza do bagaço da cana- -de-açúcar (CBC), na taxa de substituição de 10% da massa da areia no segundo traço. Os traços foram desenvolvidos com base nos parâmetros reológicos da norma NBR 15823 da Associação Brasileira de Normas Técnicas. As resistências aos 28 dias foram avaliadas pelo intervalo de confiança do teste t de Student com α de 5%. Os resultados no estado fresco comprovaram que os desempenhos reológicos entre os CAA’s são similares. Destaca-se também que o CAA com CBC obteve desempenhos equivalentes nas resistências à compressão e à tração em todas as idades, quando comparado ao CAA sem CBC, com a redução efetiva de 87 Kg de areia por metro cúbico de concreto.

Palavras-chave: argamassa autoadensável, reologia do concreto, resistência mecânica do concreto, sustentabilidade.

Abstract

Beams are subject a flexure and shear, with the last as the theme of this research. The purpose of this paper is to analyze specifications for the shear design of concrete block structural masonry beams, based on an extensive literature review and experimental tests here reported. From this scope, specifications for revision of Brazilian standardization are suggested. In the theoretical part, literature review from both national and international researchers were considered and the specifications of Brazilian standards, in addition to North American, Australian, Canadian and European, ABNT NBR 15961-1/2011, ABNT NBR 6118/2014TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 and EuroCode6.1/2001, respectively. To analyze and validate the specifications of the literature, an experimental program was carried out assessing ten concrete block masonry beams results tested mainly to shear loads. Two-course high beams with three vertical load positions (position a/d) and two transverse reinforcement rates were tested. The specifications from the Brazilian and European standards led to considerably higher results than the experimental results, while those presented in the standards TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 and NBR6118/2014 lead to results close to those obtained experimentally. As a conclusion, it can be noted that the rupture pattern is similar to that expected for reinforced concrete beams, the cracks were conditioned by the position of the loading point and by the mortar joints positions, the increase in the transverse reinforcement ratio led to an increase in the shear force. Results indicate that the consideration of apparent increase in shear strength by the ratio M ⁄ (V∙d) is not consistent. Eliminating this recommendation, considering the masonry shear strength equal to 0.35 MPa, limiting the stirrups tension to 0.90 of fyk and considering the contribution of the longitudinal reinforcement, it was possible to estimate the shear value at the rupture of each beam between 73% to 106% of the values verified in the tests.

Keywords: beam, masonry, reinforced masonry, shear.

Vigas são submetidas à flexão e cisalhamento, sendo esse último esforço o tema desta pesquisa. O objetivo deste trabalho é analisar especificações para dimensionamento ao esforço cortante de vigas de alvenaria estrutural em blocos de concreto, a partir de extensa avaliação da literatura e de ensaios experimentais aqui relatados. A partir desse escopo, são sugeridas especificações para revisão da normalização brasileira. Na parte teórica, foram considerados trabalhos anteriores tanto nacionais quanto internacionais e as prescrições das normas brasileiras NBR15691-1/2011 e NBR 6118/2014, além da norte-americana, australiana, canadense e europeia, TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 e EuroCode 6.1/2001, respectivamente. Com intuito de analisar e validar as especificações da literatura foi realizado um programa experimental de análise de dez vigas de alvenaria com blocos de concreto submetidos principalmente ao esforço cortante. Foram consideradas vigas de duas fiadas, três posições da carga vertical, variando a/d, e duas taxas de armadura transversal. Na análise dos ensaios verificaram-se semelhanças no comportamento último das vigas de alvenaria armada com a teoria proveniente das vigas de concreto armado, com algumas particularidades de fissuração na região das juntas de argamassa. Além disso, as especificações estabelecidas pela norma brasileira e europeia levaram a resultados consideravelmente maiores do que os resultados experimentais, enquanto que os presentes nas normas TMS 402/2016, AS3700/2001, CSA S304/2014 e NBR6118/2014 levam a resultados próximos aos obtidos experimentalmente. Como conclusão pode-se destacar que o padrão de ruptura é semelhante ao esperado para vigas de concreto armado, as fissuras foram condicionadas pela posição do ponto de aplicação do carregamento e pelas juntas de argamassa, o aumento da taxa de armadura transversal levou ao aumento da força cortante de ruptura. Os resultados indicam não ser consistente a consideração de aumento aparente da resistência ao cisalhamento pela relação M ⁄ (V∙d). Eliminando-se essa recomendação, considerando a resistência da alvenaria igual a 0,35 Mpa, limitando a tensão nos estribos a 0,90 de fyk e considerando a contribuição da armadura longitudinal, foi possível estimar o valor de cortante na ruptura de cada viga entre 73% a 106% dos valores verificados nos ensaios.

Palavras-chave: viga, alvenaria, alvenaria armada, cisalhamento.

Abstract

Due to the development in structural analysis studies, optimization techniques have become part in the design of reinforced concrete structures. Making it possible to design structures with optimized cross-sections. Thus, the present study aims to implement optimization techniques, using the Solver tool, to design procedure of reinforced concrete beams following the precepts of Brazilian Standard ABNT NBR 6118:2014. Focusing to minimize the cost of reinforced concrete beams, where the design variables are the height and width of the beam cross-section and the constraints are imposed by the relevant technical standards and design variables limitations.

Keywords: structural optimization, beams, reinforced concrete

Com os avanços nos estudos de análise estrutural, técnicas de otimização passaram a fazer parte do dimensionamento das estruturas de concreto armado. Por meio de tais técnicas, é possível conceber estruturas com seções otimizadas. Assim, o presente estudo tem por objetivo implementar técnicas de otimização, utilizando a ferramenta Solver, ao processo de dimensionamento de vigas de concreto armado, seguindo os preceitos da Norma Brasileira ABNT NBR 6118:2014. Será minimizado o custo das vigas de concreto armado, onde as variáveis de projeto são a altura e a base da seção transversal da viga e as restrições são imposições das normas técnicas pertinentes e limitações das variáveis de projeto.

Palavras-chave: otimização estrutural, vigas, concreto armado.

Abstract

Reinforced concrete structures may have reduced strength due to the degradation of their mechanical properties by temperature. This can increase the risk of structural collapses. Thus, the structural design should consider its behavior at room temperature and in fire situation (ABNT NBR 14432:2001). This study presents the development of an algorithm to verify the strength of any reinforced concrete sections subjected to unsymmetrical bending at room temperature and in fire situation. For this purpose, a stress integration algorithm was implemented from the strain profile of the section according to ABNT NBR 15200:2012, linked to a finite element mesh generator and a thermal analysis algorithm. For validation of the developed program, called Pisafo, the results obtained were compared with those in the technical literature: obtained in experiments (with differences of up to 28.5%) and with recognized software solutions (with differences of up to -14.8%). The largest variations in relation to the experiments can be attributed to the differences between the thermal properties of the concrete in the experiments with those prescribed in the technical standards used by the program and the non-consideration of spalling in the computational analysis.

Keywords: reinforced concrete, fire, design, unsymmetrical bending, computational algorithm.

As estruturas de concreto armado podem ter sua capacidade resistente reduzida devido à degradação de suas propriedades mecânicas com a temperatura, aumentando o risco de colapsos estruturais. Assim, o dimensionamento de uma estrutura deve considerar seu comportamento em temperatura ambiente e em situação de incêndio (ABNT NBR 14432:2001). Neste trabalho, apresenta-se o desenvolvimento de um algoritmo para verificação da resistência de seções quaisquer de concreto armado à flexão composta oblíqua em temperatura ambiente e em incêndio. Para isso, implementou-se um algoritmo integrador de tensões a partir do perfil de deformações da seção segundo a ABNT NBR 15200:2012, vinculado com um gerador de malhas de elementos finitos e com um algoritmo de análise térmica. Na validação do programa desenvolvido, denominado Pisafo, compararam-se os resultados obtidos com os apresentados na literatura: obtidos em experimentos, com diferenças de até 28,5%, e com programas consagrados, com diferenças de até -14,8%. As maiores variações em relação aos experimentos podem ser atribuídas às diferenças entre as propriedades térmicas do concreto nos experimentos com as prescritas em normas utilizadas no programa e à não consideração do spalling na análise computacional.

Palavras-chave: concreto armado, incêndio, verificação, flexão composta oblíqua, algoritmo computacional.

Abstract

The Brazilian construction industry still discusses the consequence of the Performance Standard on housing developments. According to ABNT NBR 15575 [1], the systems that compose residential buildings need to meet minimum performance requirements. Among the systems, the structural must reach a minimum Service Life (SL) of 50 years, or intermediate or higher that corresponds to 63 and 75 years, respectively. The industry also debates the impact and viability of increasing the SL of reinforced concrete structures. Therefore, this article aimed to analyze a single reinforced concrete building designed for the 3 SL specified by ABNT NBR 15575 [1]. The study focused on the total consumption of steel and concrete. The structure’s designed conditions of exposure were varied for each performance level, based on the 4 environmental exposure classes (EEC) of ABNT NBR 6118 [3] and ABNT NBR 12655 [11], totalizing 12 situations. It was noted that the increased performance level increases consumption of materials, and the designs made for EEC IV consumed 12.3% and 16.2% more steel and concrete at the intermediate and superior performance levels respectively, when compared to the minimum performance level.

Keywords: brazilian performance standard, concrete strcuture, service life.

O setor da construção civil ainda discute a consequência da Norma de Desempenho nas edificações habitacionais. Segundo a ABNT NBR 15575 [1], os sistemas que compõem edificações residenciais necessitam atingir os requisitos mínimos de desempenho. Dentre os sistemas, o estrutural deve atender a uma Vida Útil de Projeto (VUP) mínima de 50 anos, ou intermediária ou superior, correspondendo à 63 e 75 anos, respectivamente. É debatido no setor o impacto e a viabilidade do incremento da VUP nas estruturas de concreto armado. Diante disso, esse artigo objetivou analisar uma mesma edificação em concreto armado projetada para as 3 VUPs contempladas pela ABNT NBR 15575 [1]. O estudo concentrou-se no consumo total de aço e concreto. Para cada nível de desempenho, variaram-se as condições de exposição da estrutura para o dimensionamento, com base nas 4 classes de agressividade ambiental (CAA) da ABNT NBR 6118 [3] e ABNT NBR 12655 [11], totalizando 12 situações. Verificou-se que o incremento do nível de desempenho aumenta o consumo dos materiais, sendo que os projetos elaborados para a CAA IV tiveram um consumo de 12,3% e 16,2% de aço e concreto superior para os níveis intermediário e superior de desempenho, respectivamente, comparando com o nível mínimo de desempenho.

Palavras-chave: norma de desempenho, estruturas de concreto armado, vida útil de projeto.