The objective of this paper is to quantify the improvements due to the use of self-compacting concrete (SCC) as a replacement to a conventional Portland Cement Concrete (PCC) in the production of a reinforced concrete structure of a typical residential building in Brazil. To achieve the proposed objectives, a SCC mix was developed in the laboratory and tests were performed in the fresh and hardened states. Two floors, consisting of columns, beams and slabs, were built with SCC and a third with PCC. Pouring time and its generated noise, appearance of pathological manifestations after pouring, amount of labor required for pouring, costs and the risk of work-related accidents were evaluated. The results indicate that the floors produced with the SCC obtained 60.5% less pouring time, a reduction of 50% and 62.8% in the quantity and costs of labor, respectively; 260.8% reduction in the accident risk factor and, finally, a reduction of 56.4% in the total cost.

Keywords: self-compacting concrete, productivity, unit production ratio, costs.

O objetivo deste artigo é quantificar as possíveis melhorias do uso do concreto autoadensável (CAA) em substituição ao concreto convencional plástico (CCV) na produção de uma estrutura de concreto armado de edificação vertical típica do Brasil. Para se atingir os objetivos propostos, um traço de CAA foi desenvolvido em laboratório, tendo sido executados ensaios no estado fresco e no estado endurecido. Dois pavimentos, constituídos de pilares, vigas e lajes, foram executadas em CAA e um terceiro foi executado em CCV. O tempo de concretagem e seu ruído gerado, o aparecimento de manifestações patológicas posteriormente à concretagem, a quantidade de mão de obra necessária para a concretagem, os custos e o risco de acidentes de trabalho foram avaliados. Os resultados obtidos indicam que os pavimentos produzidos com o CAA obtiveram tempo de concretagem 60,5% menor, redução de 50% e 62,8% na quantidade e custos de mão de obra, respectivamente, redução de 260,8% no fator de risco de acidentes e, por fim, uma redução no custo total de 56,4%.

Palavras-chave: concreto autoadensável, produtividade, RUP, custos.

Diffusion is the principal transport mechanism of chloride ions into concrete pores. The chlorides trigger the reinforcements’ depassivation when its concentration at the concrete/reinforcement interface reaches the threshold level. Thus, the depassivation defines the initiation stage end and the propagation stage start. The structural safety reduces widely during the propagation stage because of the various deleterious mechanisms triggered by reinforcement’s corrosion. Therefore, the engineers should accurately predict and prevent the propagation stage start. The literature describes several models for evaluating the end of the initiation stage. However, few of them applies the Boundary Element Method (BEM) for this purpose, despite its known accuracy. Besides, enormous randomness affect the phenomenon. Thus, it is adequately handled solely in the probabilistic context. Optimisation techniques may be coupled in the problem modelling to propose adequate cover thickness values accounting for probabilities of failure. This study presents a Reliability-Based Design Optimisation (RBDO) approach for designing accurately the cover thickness of concrete structures subjected to chloride ingress. The BEM handles the diffusion modelling whereas the Monte Carlo simulation assesses the probabilities of failure. The RBDO is formulated in the context of Weighted Average Simulation Method (WASM), which requires only one assessment of the reliability analysis. It leads to a reliable and computationally efficient solution technique. The problem formulation and the implemented solution scheme are described herein. Moreover, one application is presented, in which the design results are interpreted properly.

Keywords: chloride diffusion, boundary element method, probabilistic modelling, RBDO, optimisation.

Difusão é o principal mecanismo de transporte de íons cloreto nos poros do concreto. Os cloretos conduzem a despassivação quando sua concentração na interface concreto/armadura atinge o nível limite. Nesse momento, o período de iniciação termina e o período de propagação começa. A segurança estrutural é largamente reduzida durante o período de propagação por conta dos diversos mecanismos deletérios desencadeados pela corrosão de armaduras. Então, este fenômeno deve ser prevenido. Diversos modelos têm sido propostos na literatura para a determinação do final do período de iniciação. Contudo, poucos deles utilizam o Método dos Elementos de Contorno (MEC) para este propósito, apesar da sua conhecida precisão no domínio. Além disso, o fenômeno é sujeito a enormes aleatoriedades. Assim, este é somente adequadamente modelado no contexto probabilístico. Técnicas de otimização podem ser acopladas à modelagem do problema, com o objetivo de propor valores adequados para a espessura do cobrimento levando-se em consideração probabilidades de falha. Este estudo apresenta uma abordagem Reliability Based Design Optimisation (RBDO) para o projeto adequado da espessura do cobrimento de estruturas em concreto sujeitas ao ingresso de cloretos levando-se em consideração índices de confiabilidade alvo. O MEC efetua a modelagem da difusão enquanto a simulação de Monte Carlo avalia as probabilidades de falha. O RBDO é formulado no contexto do Weighted Average Simulation Method (WASM), no qual análises de confiabilidade através do MEC são necessárias apenas uma única vez. Isso conduz a um modelo adequado e eficiente do ponto de vista de técnica computacional. A formulação do problema e a implementação da técnica de solução são descritos. Além disso, um exemplo é apresentado, no qual os resultados do projeto são adequadamente interpretados.

Palavras-chave: difusão de cloretos, método dos elementos de contorno, modelagem probabilística, RBDO, otimização.

Abstract

The composition heterogeneity of this type of aggregate is indicated as one of the main restrictions to its potential utilization since it generates great variability in the performance of the types of concrete produced with recycled aggregate. To reduce the use limitations of recycled coarse aggregate (RCA), this study aimed to analyze the use of a jig, a type of equipment used in mining, which performs density separation through air sprinkling in the selection of large aggregates of CDW crushing. To evaluate the equipment performance in the selection of RCA materials, specimens of concrete with recycled aggregate of three different sources were molded before and after selection in the jig, as well as reference concrete with natural aggregate. To measure the performance of the types of concrete produced, axial compressive strength tests were performed. Additionally, a statistical and comparative analysis of the results was performed to seek a better basis for possible conclusions. Analysis of the results of the axial compression strength tests showed that the variability of the recycled aggregates reflected in the inconstancy of the behavior of the concrete produced with them; it was not possible to perceive a common or uniform performance between the three sources of recycled aggregate for the mix design produced. Although some studies point to good separation results with jigging, it was found that with the use of recycled aggregates available in the local market, for the three studied sources, the selection was not able to minimize the variability of the properties of the recycled types of concrete produced with the selected aggregates.

Keywords: construction and demolition waste (CDW), recycled coarse aggregate (RCA), jig, compressive strength, variability.

A heterogeneidade da composição dos agregados de RCD é apontada como uma das principais restrições ao seu potencial aproveitamento, por gerar grande variabilidade no desempenho dos concretos produzidos com estes. Visando à redução das limitações do uso de agregado graúdo reciclado (AGR), esse estudo buscou analisar a utilização do jigue, um equipamento amplamente empregado na área da mineração, o qual realiza separação densitária por meio de aspersão de ar, na seleção de agregados graúdos oriundos da britagem de RCD. Para avaliar o desempenho do equipamento na seleção dos materiais constituintes do AGR, foram moldados corpos de prova de concretos com agregado graúdo reciclado de três fontes distintas, antes e após passagem por processo de jigagem, além de concreto de referência com agregado graúdo natural. Com o propósito de mensurar o comportamento dos concretos produzidos, foram realizados ensaios de resistência à compressão axial e buscando um melhor embasamento das conclusões, foi realizada uma análise estatística e comparativa dos resultados. Os resultados mostraram que a variabilidade dos agregados reciclados refletiu na inconstância do comportamento dos concretos produzidos com eles, onde, não se pôde perceber um desempenho comum ou uniforme entre as três fontes de agregado reciclado, para os traços produzidos. Contudo, embora alguns estudos apontem bons resultados de separação com jigagem, foi verificado que com a utilização de agregados graúdos reciclados disponíveis no mercado local, para as três fontes estudadas, a seleção não conseguiu minimizar a variabilidade da propriedade mecânica estudada nos concretos reciclados produzidos com os agregados selecionados.

Palavras-chave: resíduo de construção e demolição (RCD), agregado graúdo reciclado (AGR), jigue, resistência à compressão, variabilidade.

Abstract

This paper presents an analytical procedure to determine the resistance of a new composite ribbed lattice slab system, composed by a lipped channel cold-formed steel (CFS) profile in minor bending fastened to a lattice girder by plastic connectors, as well as light filling elements and additional rebar. Motivated by the lack of standardized procedures for such system, this paper combines slab design prescriptions to create a computational tool that estimates load capacity and required propping during construction, serving as a basis for a design catalogue. Finally, a strong limitation of unpropped construction due to the low performance of the cold-formed profile under minor axis bending was observed, being the system able to reach spans up to 1.5 m between props in general.

Keywords: lattice girder slab, cold-formed steel shuttering, design procedure, composite slab, span and live-load.

Este artigo apresenta um procedimento analítico para determinação da resistência de um novo sistema de lajes mistas nervuradas treliçadas, composto por um perfil de aço formado a frio (PFF) do tipo U enrijecido fletido em torno do eixo de menor inércia acoplado a uma treliça eletrossoldada através de conectores plásticos, além de blocos de enchimento e armaduras adicionais. Em decorrência da falta de procedimentos normatizados para esse tipo de sistema, este trabalho combina métodos de dimensionamento de lajes em uma ferramenta computacional capaz de estimar as sobrecargas máximas e escoramento requerido na etapa de construção, base para a tabela de vãos e cargas. Por fim, observou-se forte limitação à construção não escorada pela baixa rigidez do perfil de aço, sendo o sistema capaz de atingir vãos entre escoras de até 1.5 m, em média.

Palavras-chave: laje treliçada, forma de aço formado a frio, procedimento para dimensionamento, laje mista, tabela de vãos e cargas.

Abstract

Procedimentos convencionais de interpretação de provas de carga em estacas escavadas instrumentadas baseiam-se em medidas de deformações para as quais assume-se como configuração de referência e deformação nula o instante imediatamente anterior ao início da prova de carga. No entanto, algumas evidências experimentais mostram que o concreto, em estacas escavadas, apresenta deformações devidas ao processo de cura do concreto de magnitude comparável às medidas durante as provas de carga. Portanto, pode-se esperar que a mobilização de atrito lateral comece a se desenvolver antes mesmo do início das provas de carga. Alguns autores através de procedimentos experimentais e análises numéricas buscaram quantificar a influência de tais deformações volumétricas do concreto em etapa anterior à prova de carga na capacidade de carga das estacas através de diferentes abordagens. O presente trabalho busca estabelecer um quadro de referência sobre o tema para trabalhos existentes e futuros. Buscando avaliar a influência das deformações do concreto induzidas pelo o processo de cura no atrito lateral desenvolvido antes de provas de carga em estacas escavadas, foram realizadas simulações numéricas por elementos finitos considerando deformações térmicas, autógenas e por secagem do concreto. As análises foram realizadas considerando o concreto como material elástico linear e isótropo e o solo como elastoplástico seguindo o modelo constitutivo de Mohr-Coulomb, nativamente implementado no software ABAQUS. Os resultados são interpretados focando na relevância das deformações de cura para a capacidade de carga e distribuição de carga ao longo de estacas escavadas em solo granular, considerando ou não as deformações no concreto devidas ao seu processo de cura.

Palavras-chave: tensões residuais, modelagem numérica, atrito lateral, parâmetros de projeto, estacas escavadas.

Procedimentos convencionais de interpretação de provas de carga em estacas escavadas instrumentadas baseiam-se em medidas de deformações para as quais assume-se como configuração de referência e deformação nula o instante imediatamente anterior ao início da prova de carga. No entanto, algumas evidências experimentais mostram que o concreto, em estacas escavadas, apresenta deformações devidas ao processo de cura do concreto de magnitude comparável às medidas durante as provas de carga. Portanto, pode-se esperar que a mobilização de atrito lateral comece a se desenvolver antes mesmo do início das provas de carga. Alguns autores através de procedimentos experimentais e análises numéricas buscaram quantificar a influência de tais deformações volumétricas do concreto em etapa anterior à prova de carga na capacidade de carga das estacas através de diferentes abordagens. O presente trabalho busca estabelecer um quadro de referência sobre o tema para trabalhos existentes e futuros. Buscando avaliar a influência das deformações do concreto induzidas pelo o processo de cura no atrito lateral desenvolvido antes de provas de carga em estacas escavadas, foram realizadas simulações numéricas por elementos finitos considerando deformações térmicas, autógenas e por secagem do concreto. As análises foram realizadas considerando o concreto como material elástico linear e isótropo e o solo como elastoplástico seguindo o modelo constitutivo de Mohr-Coulomb, nativamente implementado no software ABAQUS. Os resultados são interpretados focando na relevância das deformações de cura para a capacidade de carga e distribuição de carga ao longo de estacas escavadas em solo granular, considerando ou não as deformações no concreto devidas ao seu processo de cura.

Palavras-chave: tensões residuais, modelagem numérica, atrito lateral, parâmetros de projeto, estacas escavadas.

Abstract

Carbonation is widely recognized as a cause of significant pathologies in reinforced concrete structures and different modelling strategies are presented in literature the simulate the phenomenon evolution. In opposition to the deleterious effect in reinforced concrete, for historical mortar made with aerial lime, the carbonation is essential for the hardening process. For both materials, carbonation process presents similarities. This work presents the background/implementation of an algorithm for a multi-physics simulation of the main fields associated with the carbonation process. This modelling was previously validated in literature. A 1D algorithm is implemented, using the Finite Difference Method. Its feasibility is demonstrated through the simulation of results presented in the literature. A parametric study is also shown considering the main parameters involved, important observation regarding the influence of the parameters on the carbonation depth are detailed.

Keywords: multi-physics modelling, carbonation, concrete, aerial lime, finite difference method.

A carbonatação é amplamente reconhecida como causa de patologias significativas em estruturas de concreto armado e diferentes estratégias de modelagem são apresentadas na literatura para simular a evolução do fenômeno. Ao contrário do efeito deletério do concreto armado, para argamassas históricas feitas com cal aérea, a carbonatação é essencial para o processo de endurecimento. Para ambos os materiais, o processo de carbonatação apresenta semelhanças. Este trabalho apresenta a implementação de um algoritmo para uma simulação multi-física dos principais campos associados ao processo de carbonatação. Essa modelagem foi validada anteriormente na literatura. Um algoritmo 1D é implementado, usando o Método das Diferenças Finitas. A viabilidade é demonstrada através da simulação dos resultados apresentados na literatura. Também é mostrado um estudo paramétrico, considerando os principais parâmetros envolvidos. São detalhadas observações importantes sobre a influência dos parâmetros na profundidade da carbonatação.

Palavras-chave: modelagem multi-física, carbonatação, concreto, cal aérea, método das diferenças finitas.

Abstract

Recent reports on reactive powder concrete address important aspects regarding its performance. Several techniques are used to improve the design of such concretes. Ultra-high compressive strengths have been reported with the application of pre-setting pressure and autoclave curing. The objective of this work is to evaluate the use of very fine quartz powder to replace fine aggregate, nanosilica, and inorganic pigments to optimize mechanical properties of reactive powder concrete. The experimental work was developed in three distinct phases. In the first phase, mix-proportions of reactive powder concrete have been developed, considering different maximum aggregate sizes (1.2, 0.6, 0.075, and 0.045 mm). In the second phase, the influence of nanosilica on the properties of reactive powder concrete was evaluated. In the third phase, the effect of the addition of yellow, green, orange, and blue inorganic pigments to the reactive powder concrete mix-design was evaluated. Results show that the maximum aggregate size influences the compressive strength of the reactive powder concrete. A decrease from 1.2 mm to 0.045 mm in the maximum aggregate size resulted in 156 MPa increase in the compressive strength. The type of pigment did not significantly influence the compressive strength of the reactive powder concrete. The mix-proportion that resulted in the highest compressive strength (310.7 MPa) was designed using yellow pigment.

Keywords: powder-reactive concrete, quartz powder, inorganic pigments, nanosilica.

Pesquisas acerca do concreto de pós reativo (CPR) têm abordado vários aspectos importantes sobre seu desempenho. São diversas as técnicas de aprimoramento empregadas na elaboração destes concretos. Com isso, resistências à compressão elevadas têm sido relatadas com a aplicação de tensões de pré-adensamento e cura em autoclave. O objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação de pó de quartzo em substituição ao agregado miúdo, de nanosílica e de pigmentos inorgânicos na otimização das propriedades mecânicas do CPR. O trabalho experimental foi desenvolvido em três fases. Na primeira foram dosados traços de CPR com agregados de diferentes dimensões máximas características (1,2; 0,6; 0,075 e 0,045 mm). Na segunda fase avaliou-se a influência da nanosílica nas propriedades do CPR. Na terceira fase avaliou-se o efeito da adição de pigmento amarelo, verde, laranja e azul, todos inorgânicos, na dosagem de CPR. Como principais resultados, observou-se que a resistência à compressão do CPR é influenciada pela dimensão máxima característica do agregado. Ao passar a dimensão máxima do agregado de 1,2 mm para 0,045 mm à resistência a compressão do concreto aumentou 156 MPa. O tipo de pigmento empregado no CPR não influenciou à resistência a compressão de forma significativa. O traço de maior resistência foi dosado com pigmento amarelo e teve uma resistência média de 310,7 MPa..

Palavras-chave: concreto de pó-reativo, pó de quartzo, pigmentos inorgânicos, nanosílica.

Abstract

The crack injection technique using epoxy systems is usually performed in the services of rehabilitation of surface cracks in concrete structures. The evaluation of the injection process can be done by the removal of cores, which is a destructive test not able to evaluate the entire structure. Alternatively, the use of nondestructive testing, specifically those based on the propagation of stress waves can provide information on the effectiveness of injection services. Even though the time-of-flight technique which provides the ultrasonic pulse velocity is the most common parameter used in concrete evaluation, the ultrasound waveform energy-related parameters can be used to indicate if crack was fully filled. The energy of the ultrasound signal depends on the propagated travel path, which differs when the crack is not filled. This paper presents the results of an experimental program with artificial surface cracks filled with epoxy in different depth fractions. Two types of epoxy were used. It was observed that the ultrasound waveform energy-parameters were able to detect repair effectiveness.

Keywords: ultrasound, nondestructive methods, energy related parameters, crack repair.

Os serviços de reabilitação de fissuras superficiais em estruturas de concreto são normalmente realizados com a técnica de injeção utilizando sistemas epóxi. A avaliação do processo de injeção pode ser feita pela retirada de testemunhos, considerado um teste destrutivo, que não é capaz de avaliar a estrutura com completo. Alternativamente, a utilização de ensaios não destrutivos, especificamente os baseados na propagação de ondas de tensão podem fornecer informações sobre a eficácia dos serviços de injeção. Embora a utilização do tempo de propagação de uma onda ultrassônica, que fornece a velocidade do pulso ultrassônico, seja o parâmetro mais comumente utilizado na avaliação de estruturas de concreto, os parâmetros relacionados à energia da onda de ultrassom podem ser usados para indicar se a fissura foi totalmente preenchida. A energia do sinal de ultrassom depende do caminho de percurso propagado, que difere quando a fissura não está completamente preenchida. Este artigo apresenta os resultados de um programa experimental com fissuras superficiais induzidas preenchidas com epóxi em diferentes frações de profundidade. Dois tipos de epóxi foram usados. Observou-se que os parâmetros de energia da onda de ultrassom foram capazes de detectar a eficácia do reparo.

Palavras-chave: ultrassom, métodos não destrutivos, parâmetros de energia ultrassônica, reparo de fissuras.

Abstract

The principal phase of hardened Portland cement pastes is calcium silicate hydrate (C-S-H), which influences the physical and mechanical properties of construction materials. In this work, calcium silicate hydrate (C-S-H) was synthesized, with the addition of poly-methacrylic acid with sodium (PMA), for the development of C-S-H/ polymer nanocomposites. Among the polymers available, PMA is indicated in the literature as one of those viable for producing C-S-H/polymer complexes. However, no consensus exists regarding the type of interaction this produces. The resulting compounds were characterized by XRD, FT-IR, TGA, carbon content (CHN), TEM, SEM and elastic modulus and hardness were measured by instrumented indentation. A significant change was verified in the nanomechanical properties of C-S-H with PMA, resulting in reduction in the elastic modulus and hardness. The set of results presented do not confirm the intercalation of PMA in the interlayer space of C-S-H, but presented evidence of the potential for intercalation, since changes in the microstructure clearly occurred.

Keywords: calcium silicate hydrate, poly-methacrylic acid, nanocomposites, nanoindentation.

A principal fase do cimento Portland endurecido é o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), que influencia as propriedades físicas e mecânicas dos materiais de construção. Nesta pesquisa, silicato de cálcio hidratado (C-S-H) foi sintetizado, com adição de poli(ácido metacrílico) com sódio (PMA), para o desenvolvimento de nanocompósitos C-S-H/polímero. Entre os polímeros disponíveis, o PMA é indicado na literatura como um daqueles viáveis para a produção de nanocompósitos C-S-H/polímero. No entanto, não existe consenso sobre o tipo de interação que pode ocorrer. Os compostos foram caracterizados por DRX, FT-IR, TGA, teor de carbono (CHN), MET, MEV e módulo de elasticidade e a dureza foi medida por nanoindentação instrumentada. Foi verificada uma mudança significativa nas propriedades nanomecânicas do C-S-H com PMA, resultando na redução do módulo de elasticidade e dureza. O conjunto de resultados apresentados não confirma a intercalação do PMA na nanoestrutura do C-S-H, mas mostrou evidências do potencial de intercalação, uma vez que mudanças significativas foram verificadas na microestrutura.

Palavras-chave: silicato de cálcio hidratado, poli(ácido metacrílico), nanocompositos, nanoindentação.

Abstract

The use of steel-concrete composite beams allows the best properties of these materials to be explored, resulting in more economical solutions. Many researchers have studied the behavior of composite beams from different strategies of numerical modeling, and some of these are presented in this article. In this context, the present work proposes the construction of a tridimensional numerical model using ANSYS software, version 19.2, with current-technology elements and compatible material models. For the simulation of concrete behavior, two models have been used: the first, denominated DP-CONCRETE, is a native ANSYS model, available in the more recent versions of this software; and the second, denominated USERMAT, is a customizable model that was developed based on Ottosen criterion. The results obtained with these models for the analyzed beams presented a good correlation with the experimental results and with numerical results from previous works.

Keywords: steel-concrete composite beams, numerical modeling, finite element method.

O emprego de vigas mistas de aço e concreto permite que sejam exploradas as melhores características mecânicas desses materiais, resultando em soluções estruturais mais econômicas. Vários pesquisadores estudaram o comportamento de vigas mistas a partir de diferentes estratégias de modelagem numérica, algumas das quais são apresentadas neste artigo. Dentro desse contexto, propõe-se a construção de um modelo numérico tridimensional com o software ANSYS, versão 19.2, utilizando elementos finitos atuais e modelos de materiais compatíveis com eles. Para a simulação do comportamento do concreto, foram utilizados dois modelos, o primeiro denominado DP-CONCRETE, disponibilizado nas versões mais recentes do ANSYS; e o segundo customizado com a interface USERMAT, e que tem por base o critério de Ottosen. Os resultados obtidos para as vigas analisadas apresentaram boa correlação com os resultados experimentais e com resultados numéricos de trabalhos anteriores.

Palavras-chave: vigas mistas de aço e concreto, modelagem numérica, elementos finitos.

Abstract

Due to low stiffness to lateral bending, long prestressed precast concrete beams are subject to lateral instability. For this reason, the safety analysis of these beams during the transitory stages of transport, lifting and assembly is fundamental. This work presents a nonlinear analytical model for the parametrical analysis of beams on bearing pads in their definitive location, without the effective connections being made. Such a solution determines a critical load of instability and considers the geometry of the cross-section, physical characteristics of the materials as well as geometric imperfections. A parametrical simulation is performed for the initial eccentricity, the initial rotation of the beam, concrete resistance, bearing pads dimensions, and the cross-section of the beam. The results show that the parameters of most considerable influence on beam stability are rotation stiffness of the bearing and the geometric characteristics of the cross-section of the beam, which can result in a reduction of about 50% of the critical rollover load. In addition, the cracking load may, in some cases, be close to the critical toppling load.

Keywords: stability, precast beams, analytical study, parametric study, Monte Carlo simulation.

Devido à baixa rigidez à flexão lateral, vigas pré-moldadas protendidas de concreto longas e esbeltas estão sujeitas aos riscos de instabilidade lateral. Nestes termos, é fundamental analisar a segurança dessas vigas durante as fases transitórias de transporte, içamento e montagem. Este trabalho apresenta um modelo analítico não linear para análise paramétrica de vigas já posicionadas em seu local definitivo sobre almofadas de apoio, quando as ligações ainda não foram efetivadas. A força crítica de instabilidade lateral foi calculada considerando a geometria da seção transversal, as características físicas dos materiais, bem como imperfeições geométricas. Uma simulação paramétrica foi feita para a influência da excentricidade lateral inicial da viga, a rotação inicial do apoio, a resistência à compressão do concreto, as dimensões do aparelho de apoio e a seção transversal da viga. Os resultados mostram que os parâmetros de maior influência na estabilidade da viga foi a rigidez a rotação do apoio e as características geométricas da seção transversal da viga, podendo resultar em redução da ordem de 50% da força crítica de tombamento. Além disso, a força de início da fissuração, em alguns casos, pode estar bem próxima a força crítica de tombamento.

Palavras-chave: estabilidade, vigas pré-moldadas, estudo analítico, estudo paramétrico, simulação de Monte Carlo.

Abstract

This work aims to verify the influence of characteristic compressive cylinder strength (ckf), section geometry and eccentric axial load on the strength of square, cross, “T” and “L” reinforced concrete sections, under oblique composite flexion. A computational algorithm was created to calculate sections interaction diagram of bending strength, taking into account NBR 6118 idealized parabola-rectangle stress-strain relationships for 20 to 90 MPa ckf concretes. The results show that ckf influence is stronger for higher values of axial load and that the failure surface shape in interaction diagrams depends directly on the ckf and on the rebars distribution in the section. Furthermore, under lower compressive axial loads, higher oblique composite flexion strengths are reached when there is more reinforcement area in tension regions but, as the compression increases, the reinforcement presence and larger concrete areas in compression zones provide higher bending moment strengths.

Keywords: reinforced concrete, polygonal sections, oblique composite flexion.

Este trabalho objetiva verificar a influência da variação da resistência do concreto (ckf), da geometria da seção transversal e do esforço axial de compressão excêntrico na resistência à flexão composta oblíqua de seções com formato quadrado, “cruz”, “T” e “L”, com mesmas áreas de concreto e de armaduras. Para isso, cria-se um algoritmo computacional que calcula as envoltórias de resistência, aplicando os diagramas tensão-deformação propostos pela NBR 6118:2014 para concretos com ckf de 20 a 90 MPa. Os resultados revelam que o ckf exerce maior influência para esforços de compressão mais elevados e que o ckf e a distribuição das barras de aço interferem diretamente no formato das envoltórias. Mostra-se também que, sob compressões baixas, a concentração das barras de aço nas zonas de tração leva às maiores resistências mas, à medida que a compressão cresce, a presença da armadura e de maiores áreas de concreto nas zonas de maior compressão é que induzem momentos resistentes maiores.

Palavras-chave: concreto armado, seções poligonais, flexão composta oblíqua.

Abstract

To evaluate the behavior of semi-continuous composite beams in fire, six finite elements numerical models with several steel profiles and slab dimensions were developed in ABAQUS software. The models took into account several behaviors usually suppressed in simplified analyzes such as: geometric and materials non-linearity properties and thermal expansion effects, including indirect stresses. Three support conditions were analyzed: simply supported (axial released), axial restrained and semi-continuous, totaling 18 analyzes. The different support conditions results were compared to each other and to the fire resistance time designed by simplified methods, which followed design code recommendations.

Keywords: fire, composite steel concrete beam, semi-continuous, numerical analysis.

Com o objetivo de avaliar o comportamento de vigas mistas semicontínuas em situação de incêndio considerando diversos fenômenos desprezados em análises simplificadas como não linearidade geométrica, não linearidade das propriedades térmicas e mecânicas dos materiais e efeitos da dilatação térmica, incluindo esforços solicitantes indiretos, foram desenvolvidos seis modelos numéricos em elementos finitos no programa de computador ABAQUS com geometrias distintas, alterando as dimensões do perfil de aço e laje que compõe a viga mista. Para cada um dos seis modelos foram analisadas três condições de contorno, sendo elas: simplesmente apoiada (livre axialmente), biapoiada (restringida axialmente) e semicontínua, totalizando 18 análises. Os resultados das diferentes condições de contorno foram comparados entre si, além do TRF do caso semicontínuo encontrado por método simplificado, que seguiu recomendações normatizadas.

Palavras-chave: incêndio, viga mista de aço e concreto, semicontínua, análise numérica.

Abstract

Wall-beam interaction (wall-beam system) is a phenomenon that requires further investigation in order to be consistently incorporated into structural building analysis. Researchers such as Wood, Rosenhaupt, Burhouse, Stafford Smith, Navaratnarajah, Davies, Riddington and Armed conducted tests on specimens to develop simplified analysis models, emphasizing the behavior of walls without openings under one span beams. The present study performed computational analysis using an specific equivalent frame model in order to study the behavior of the wall-beam system in more complex wall and beam arrangements. The examples considered the linear elastic behavior of materials and consisted of assessing stress distribution and displacements on support beams, in addition to stresses at the bottom of the walls, for panels in a real structural masonry building. Two- and three-dimensional analyses were used and the results showed the importance of three-dimensional analysis of wall interconnections. The effects of eccentricity between the vertical plane of the wall and horizontal support beam axis were also evaluated, showing the strong influence of twisting moments in support beam design .

Keywords: structural masonry, wall-beam composite behavior, computational modeling, equivalent frame, wall-beam eccentricity.

A interação entre paredes estruturais e vigas de transição (sistema parede-viga) é um fenômeno que ainda carece de estudos para se realizar sua consideração de forma sistemática na análise de edifícios. No passado, pesquisadores como Wood, Rosenhaupt, Burhouse, Stafford Smith, Navaratnarajah, Davies, Riddington e Armed, realizaram experimentos e buscaram desenvolver modelos de cálculo simplificados para representar esse fenômeno. Entretanto, os estudos se limitaram ao caso de vigas biapoidas e paredes sem aberturas. O estudo apresentado neste artigo teve como objetivo realizar análises por meio de modelagem computacional do sistema parede-viga em situações mais complexas de comportamento, empregando-se um específico modelo de barras equivalentes. Os exemplos elaborados consideraram comportamento elástico linear para os materiais e consistiram na avaliação dos esforços e deslocamentos verticais nas vigas de apoio, além das tensões na base das paredes, para painéis de um edifício real de alvenaria estrutural. A modelagem computacional foi elaborada segundo abordagens bidimensionais e tridimensionais da estrutura. Dentre os resultados obtidos, destaca-se a importância da consideração do efeito das amarrações entre painéis de alvenaria via modelo tridimensional devido à intensa redistribuição de esforços verificada. Também foi realizada a análise de uma possível excentricidade no sistema parede-viga, o que permitiu verificar que a consideração dos momentos de torção influenciou consideravelmente no dimensionamento das vigas de suporte.

Palavras-chave: alvenaria estrutural, interação parede-viga, modelagem computacional, modelo de barras equivalentes, excentricidade parede-viga.

Abstract

This paper deals with nonlinear analysis of deformability of monolithic beam-column connections for bending moments in framed reinforced concrete structures. Due to the simplicity, the connections deformability is considered by using an analytical model of moment-rotation curve. Material nonlinearity of the structural elements is considered by using the flexural stiffness obtained in moment-curvature relationship of the sections. The formulation of the analytical model to obtain the relative rotations between beam and column and the formulation to construct moment-curvature curves is deduced and presented to allow the computational implementation in structural analysis software. The numerical simulations carried out in this study indicated that even in the case of monolithic connections, taking into account the bending moment deformability of the connections leads to significantly better results than the hypothesis of fully rigid connections.

Keywords: bending deformability, beam-column connections, nonlinear analysis, reinforced concrete structures, structural analysis.

Este trabalho trata da análise não linear da deformabilidade de ligações monolíticas viga-pilar de concreto armado devido ao momento fletor em estruturas reticuladas de concreto armado. Em função da simplicidade, a deformabilidade das ligações é considerada por meio de modelo analítico de curva momento-rotação e a não-linearidade física dos elementos estruturais, por meio da rigidez à flexão obtida em relações momento-curvatura das seções. A formulação do modelo analítico para a obtenção das rotações relativas entre viga e pilar e a formulação relacionada com a geração das curvas momento-curvatura foram deduzidas e apresentadas, com o intuito de permitir a implementação desses modelos em rotinas computacionais. As simulações numéricas realizadas neste trabalho comprovaram que, mesmo em se tratando de ligações monolíticas, levar em conta a deformabilidade das ligações ao momento fletor conduz a resultados significativamente melhores que a hipótese de ligações perfeitamente rígidas.

Palavras-chave: deformabilidade ao momento fletor, ligações viga-pilar, análise não linear, estruturas de concreto armado, análise estrutural.