In the present work, two composite trusses formed by tubular shapes supporting a concrete slab were evaluated. Based on analytical formulation related to the problem, according to recommendations of standards, numerical analyses were performed, with models created using the software Ansys, and an experimental analysis with full-scale tests. Good agreement between the three analysis types was observed. A possible shear connection failure in one truss was observed. With a change in the second truss's connector length, an increase in the structure's strength and rigidity was achieved. In this study, because the shear connectors were directly welded on the upper chord wall, local effects with localized plastifications were evidenced.

Keywords: composite trusses; tubular connections

Neste trabalho foram avaliadas duas treliças mistas projetadas com perfis tubulares, associadas a uma laje maciça de concreto. Baseando-se em expressões analíticas relacionadas ao problema, seguindo as recomendações de normas, análises numéricas foram realizadas, com modelos criados utilizado o programa computacional Ansys e uma análise experimental, por meio de ensaios em laboratório com a estrutura em escala real. Houve boa aproximação dos resultados nas três análises, sendo observada a possibilidade de falha na conexão de cisalhamento em uma das treliças. Com uma mudança no comprimento do conector da segunda treliça, foi observado um aumento na resistência e na rigidez da estrutura. No estudo, ficaram evidentes os efeitos localizados da ligação entre os perfis em seção tubular e da fixação do conector de cisalhamento diretamente sobre a parede do banzo superior, que causaram plastificações também localizadas.

Palavras-chave: treliças mistas; ligações tubulares

ABSTRACT: In this paper we present a set of MATLAB routines for evaluation of the moment-curvature relationship of reinforced concrete cross sections. This is a topic of major importance for both academic and practical design purposes in the context of structural engineering. The computational routines were developed to be simple, general and flexible. This allows wide practical application and future improvements and modifications. The well-known fibers approach is employed, but an alternative development of the method is also presented. This is interesting from the conceptual point of view. Finally, numerical comparisons are presented to validate the routines.

Keywords: reinforced concrete; moment-curvature; computational routines; non-linear analysis

Neste trabalho apresenta-se um conjunto de rotinas do MATLAB para calcular a relação momento-curvatura de seções transversais de concreto armado. Este é um assunto de grande importância para fins acadêmicos e práticos de projeto no contexto da engenharia estrutural. As rotinas computacionais foram desenvolvidas de forma a serem simples, gerais e flexíveis. Isso permite ampla aplicação prática e futuras melhorias e modificações. A conhecida abordagem das lamelas foi utilizada, no entanto também é apresentado um desenvolvimento alternativo do método, que é interessante do ponto de vista conceitual. Por fim, são apresentadas comparações numéricas para validação das rotinas.

Palavras-chave: concreto armado; momento-curvatura; rotinas computacionais; análise não linear

Abstract

According to previous studies, fine materials originated from reactive aggregates can act as a Alkali-Aggregate Reaction mitigator, having its effectiveness dependent on their reactivity, fineness and added content. Thus, the present work aims to study if reactive granitic rock fines can mitigate or reduce the AAR and how the fineness of the material influences its mitigation capacity. For this purpose, granitic rock fines (GRF) from 2 different deposits and Pyrex glass fines (PGF) were tested as concrete addition. Each one of these fines were used in two different finesses and added to the concrete in the contents of 20% by mass of cement. It was observed that the addition of GRF did not affect the physical-mechanical properties of concrete and allowed the reduction in the AAR, being more accentuated with the increase of its specific surface.

Keywords: alkali-aggregate reaction; granitic rock fines; durability; performance

Segundo estudos anteriores, materiais finos provenientes de um agregado reativo podem agir como mitigadores da reação álcali-agregado (RAA), contudo, a efetividade da ação desses finos depende do seu grau de reatividade, finura e teor adicionado. Assim, o presente trabalho visa estudar se finos de rochas graníticas reativas (FRG), passante na peneira #200, podem mitigar ou reduzir a RAA e como a finura do material influencia na sua capacidade de mitigação. Para isso, foram utilizados FRG provenientes de 2 diferentes jazidas, obtidos após moagem. Cada adição foi utilizada em três finuras diferentes e adicionadas à argamassa nos teores de 10% e 20%, em relação à massa de cimento. Observou-se que a presença dos FRG não prejudicou as propriedades físico-mecânicas da argamassa, e ainda possibilitou redução da RAA, sendo mais acentuada à medida que se aumentou a superfície específica do material.

Palavras-chave: reação álcali-agregado; fino de rocha granítica; durabilidade; desempenho

Abstract

Most current structural design codes are based on the concept of limit states, that is, when a structure fails to meet one of its purposes, it is said that it has reached its limit state. In the design of reinforced concrete structures, the Ultimate Limit State (ULS) and the Serviceability Limit State (SLS) must be checked. Therefore, this paper presents an optimization scheme for reinforced concrete plane frames, in which the objective is to minimize the cost of structures for three cases of constraints: the first is related to ULS and SLS; the second refers only to the ULS; and the third is related only to the SLS. Computational routines for checking limit states of beams and columns are implemented in MATLAB, following the requirements of the Brazilian code. Structural analyses are performed by using the MASTAN2 software, taking into account geometric nonlinearities and a simplified physical nonlinearity method. The objective function considers the cost of concrete, reinforcement and formwork, and the optimization problems are solved by genetic algorithms. Two numerical examples of frames are presented. Regarding the optimal characteristics related to each type of limit state, it is noted that the beams and columns tend to have larger and more reinforced cross sections in the case of the ULS. Even so, optimal structures related to the ULS often do not satisfy SLS and vice versa, which indicates that the optimal characteristics related to each limit state may be different. In addition, it is observed that the SLS is less restrictive than ULS.

Keywords: optimization; reinforced concrete; limit states; genetic algorithms

A maioria das normas de projetos estruturais atuais se baseia no conceito de estados limites, ou seja, quando uma estrutura não atende a um de seus propósitos, diz-se que a mesma atingiu seu estado limite. No projeto de estruturas de concreto armado, deve-se verificar o Estado Limite Último (ELU) e o Estado Limite de Serviço (ELS). Portanto, este trabalho apresenta um esquema de otimização de pórticos planos de concreto armado, no qual o objetivo é minimizar o custo de estruturas para três casos de restrições: o primeiro está relacionado ao ELU e ao ELS; o segundo refere-se apenas ao ELU; e o terceiro está relacionado apenas ao ELS. São elaboradas rotinas de verificação dos estados limites de vigas e de pilares, em ambiente MATLAB, de acordo com normas brasileiras. As análises estruturais são realizadas com o uso do software MASTAN2, levando em consideração as não-linearidades geométricas e um método simplificado de não-linearidade física. A função objetivo considera o custo do concreto, da armadura e da forma, e são utilizados algoritmos genéticos para a otimização. São avaliados dois exemplos numéricos de pórticos. Quanto às características ótimas relacionadas a cada tipo de estado limite, nota-se que as vigas e os pilares tendem a apresentar seções transversais maiores e mais armadas no caso do ELU. Mesmo assim, muitas vezes a estrutura ótima relacionada ao ELU não satisfaz o ELS e vice-versa, o que indica que as características ótimas relacionadas a cada estado limite podem ser diferentes. Além disso, observa-se que o ELS é menos restritivo do que o ELU.

Palavras-chave: otimização; concreto armado; estados limites; algoritmos genéticos

Abstract

The Alkali-Aggregate Reaction (AAR) phenomenon in concrete structures is perceived via expansion and cracking, swelling of gel like material, causing damage and disruption in structural elements. Despite extensive standardization, AAR cases are still persistently occurring worldwide. The literature on susceptibility of concrete to AAR reported examples of false negative and positive results. Hence, long-term prediction is a problem still posing great challenge to engineers. The severity of AAR on the structural integrity can be mostly elucidated by the assessment of the historic of elastic properties. There is consensus that AAR causes decrease in the load capacity concrete, reflected by reduction of elasticity modulus due damage progresses. Non-destructive techniques are often used as first approach, as they can provide relatively fast assessment in situ as well as in large structural elements. Its data interpretation carries certain degree of complexity due intrinsic characteristic of many of these methods. This is the case of Ultrasonic Pulse Velocity (UPV), which have been considered to present several limitations for such purpose. This paper deals the potential use of the Longitudinal Resonance Frequency (LRF) method as tool to evaluate the elastic historic of AAR prone elements. The LRF possesses higher energy than UPV. Also, using modulation of frequency in input signal combined the test geometry, the LRF allow application to larger samples as well as to extract complementary information alongside the dynamic elastic modulus. This way, the LRF was applied to study concrete beams tested under controlled conditions for about 1.5 year. The independent variables to the tests are: time, frequency, aggregate type, cement content, alkali content and water to cement ratio. The dependent variables are: damping, loss factor and elasticity modulus. The analysis associate damage with vibration damping, confirming reduction of elasticity through damage with experimental validation and prediction of AAR under rheological model.

Keywords: alkali-aggregate reaction; rheological model; damping

O fenômeno da Reação Álcali-Agregado (RAA) em estruturas de concreto é percebido via expansão e fissuração, inchando o gel como material, causando danos e rupturas nos elementos estruturais. Apesar da extensa padronização, casos de RAA ainda ocorrem persistentemente em todo o mundo. A literatura sobre suscetibilidade de concreto a RAA relatou exemplos de resultados falso negativo e positivo. Portanto, previsão a longo prazo é um problema que ainda representa um grande desafio para os engenheiros. A severidade da RAA sobre a integridade estrutural pode ser principalmente elucidada pela avaliação do histórico das propriedades elásticas. Existe consenso de que RAA causa diminuição da capacidade de carga do concreto, refletida pela redução do módulo de elasticidade devido ao progresso dos danos. Técnicas não destrutivas são frequentemente usadas como primeira abordagem, pois podem fornecer uma avaliação relativamente rápida in situ, bem como em grandes elementos estruturais. A interpretação dos dados carrega certo grau de complexidade devido às características intrínsecas de muitos desses métodos. Este é o caso de Velocidade de Pulso Ultrassônico (VPU), que foi considerado como apresentando várias limitações para esse propósito. Este artigo trata o potencial uso do método de Frequência de Ressonância Longitudinal (FRL) como ferramenta para avaliar o histórico elástico de elementos propensos a RAA. A FRL possui maior energia que VPU. Além disso, usando modulação de frequência no sinal de entrada combinada à geometria de teste, a FRL permite aplicação em amostras maiores, bem como extrair informações complementares ao lado do módulo elástico dinâmico. Dessa forma, a FRL foi aplicada para estudar vigas de concreto testadas sob condições controladas por cerca de 1,5 ano. As variáveis independentes para os testes são: tempo, frequência, tipo de agregado, teor de cimento, teor de álcalis e relação água/cimento. As variáveis dependentes são: amortecimento, fator de perda e módulo de elasticidade. A análise associa dano com amortecimento da vibração, confirmando a redução de elasticidade através do dano com validação experimental e predição de RAA sob modelo reológico.

Palavras-chave: reação álcali-agregado; modelo reológico; amortecimento

Abstract

This paper describes an application of the Analytic Hierarchy Process (AHP) to choose the best cement type and mixture for the production of high performance concrete. The decision process aimed at obtaining a concrete that would best meet the requirements of three hypothetical scenarios: (a) industrial concrete floors of a chemical plant, (b) structural elements of a thirty-floor building and (c) a massive foundation block of a green building. In this regard, six different concrete mixtures were evaluated (VR4, IIIR4, V280, III280, V200 and III210) according to four criteria: mechanical properties, durability, financial cost and environmental impact. The analysis results showed that the composition with CPV-ARI cement and content of 280 kg/m3 was the best alternative for scenario (a) and (b), while for scenario (c) the composition with cement CPIII and content of 210 kg/m3 was the best choice.

Keywords: high performance concrete; mechanical properties; economic and environmental performance; durability; analytic hierarchy process (AHP)

Este artigo apresenta uma aplicação do método da análise hierárquica na escolha do tipo de cimento e do traço para a produção de concretos de alto desempenho (CAD). O processo de decisão objetivou obter concretos que melhor atendessem as necessidades de três cenários: (a) piso industrial de uma fábrica de produtos químicos, (b) elementos estruturais de um edifício de 30 pavimentos e (c) um bloco de fundação de grande volume de um edifício com conceito sustentável. Para tal, a partir de seis alternativas de escolha (VR4, IIIR4, V280, III280, V200 e III210) foram avaliados 4 critérios: propriedades mecânicas, durabilidade, custo e impacto ambiental. Os resultados indicaram que a composição com cimento CPV-ARI e consumo de 280 kg/m3 mostrou-se a melhor alternativa para os cenários (a) e (b), enquanto para o cenário (c) foi a composição com cimento CPIII e consumo de 210 kg/m3.

Palavras-chave: concreto de alto desempenho; propriedades mecânicas; desempenho econômico e ambiental; durabilidade; processo de hierarquia analítica (AHP)

Abstract

This paper analysis the effect of the secondary moment on curved beams using the equivalent nodal loads method. A case study was carried out applying the equivalent nodal loads method to a two-span prestressed curved beam, using a curved finite element as the structural model, analyzing the effect of the secondary moment for each case and comparing it with its equivalent in straight beam. It was found that the stiffness parameters EI and GJ influence the secondary moment. The results demonstrates that the beam opening angle reduces the effect of secondary moment, and that the greater the angle, the greater is the reduction that occurs in its secondary moment compared to its equivalent straight beam.

Keywords: prestressed concrete; secondary moment; continuous beam; curved beam; curved finite element

Neste artigo estuda-se o efeito do hiperestático de protensão em vigas curvas, por meio do método das cargas nodais equivalentes. É realizado um estudo de caso, aplicando-se o método das cargas nodais equivalentes em uma viga curva protendida de dois vãos, utilizando-se como modelo estrutural um elemento finito curvo, analisando-se o efeito do hiperestático de protensão para cada caso e comparando-o com o seu equivalente em viga reta. Constatou-se analiticamente que os parâmetros de rigidez EI e GJ influenciam na obtenção do hiperestático de protensão. Os resultados demonstram que o ângulo de abertura da viga reduz o efeito do hiperestático de protensão e que, quanto maior esse ângulo, maior é a redução que ocorre em seu hiperestático de protensão em comparação ao seu equivalente em viga reta.

Palavras-chave: concreto protendido; hiperestático de protensão; viga contínua; viga curva; elemento finito curvo

Abstract

Little is known about the behavior and durability of strengthening systems applied on concrete substrata and the possible loss of performance due to the degradation of the intervening materials by the structure’s natural aging process and exposure of the externally strengthened elements to aggressive environments. In this context, the present work presents an experimental analysis of the behavior of reinforced concrete beams strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), applied according to the Externally Bonded Reinforcement (EBR) technique, maintained in a laboratory environment (indoor and protected) or exposed to weathering (outdoor exposure). In addition, specimens of the intervenient materials were also molded and exposed to the same environmental conditions as the beams. The results indicate that weather-exposed epoxy adhesives present reductions up to 70% in their mechanical properties after exposure, while the CFRP composite properties remain similar. It was also found that the strengthening system provided 50% and 28% increments in the load-carrying capacity and stiffness of the elements, respectively. However, the tests conducted after 6 months of weathering exposure showed a 10% reduction in the load-carrying capacity of the strengthened elements.

Keywords: reinforced concrete beams; strengthening; CFRP; degradation; EBR technique

Pouco se sabe a respeito do comportamento e da durabilidade do sistema de reforço aderido ao substrato de concreto e a possível perda de desempenho frente à degradação dos materiais intervenientes face ao processo natural de envelhecimento das estruturas e, também, devido à exposição dos elementos reforçados externamente a ambientes agressivos. Neste âmbito, o presente trabalho baseia-se na análise experimental do comportamento de vigas de concreto armado reforçadas a flexão com mantas de fibra de carbono (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer) aplicadas segundo a técnica EBR (Externally Bonded Reinforcement) mantidas em ambiente laboratorial (interno e protegido) e expostas a intempéries (exposição exterior). Para além disso, corpos de provas dos materiais constituintes do sistema de reforço também foram confeccionados e expostos nas mesmas condições ambientais das vigas. Os resultados demonstraram que os adesivos epoxídicos apresentam reduções de até 70% em suas propriedades mecânicas quando expostos às intempéries enquanto o compósito de CFRP permanece com suas propriedades inalteradas após mesma exposição. Para as vigas de concreto armado reforçadas, foi verificado que o sistema de reforço proporciona incrementos de 50 e 28% na capacidade de carga e rigidez dos elementos reforçados, respectivamente. No entanto, os ensaios realizados após 6 meses de exposição às intempéries demonstraram uma redução de 10% no incremento da capacidade de carga dos elementos reforçados.

Palavras-chave: vigas de concreto armado; reforço; CFRP; degradação; técnica EBR

Abstract

There is an interest in the cement industry in the use of steel slags in cement, but chemical and/or pyrometallurgical modifications are necessary to reduce the free CaO, MgO, and iron contents. However, the potential effects of its application in the reinforcement corrosion, whether in solid (concrete) or liquid medium (pore water), have not yet been addressed. In this context, the present study shows a corrosion analysis of the CA-50 steel in pore water medium extracted from cement pastes with 25% by weight of steel slag, in natural state or pyrometallurgical modified, by means of polarization curves, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and microstructural analysis. For comparison, tests were performed in pore waters presented in literature and representative from Ordinary Portland Cement (OPC) or activated Blast Furnace Slag (BFS) and, to simulate aggressive conditions, 1.0% NaCl was also added to the solutions. The steel remained passive in all media without 1.0% NaCl, but the EIS results indicated more protective characteristics in the medium simulating the modified steel slag. The main corrosion product identified by SEM images after the tests on aggressive media was lepidocrocite (γ-FeOOH), and the steel did not corrode in media with steel slags and 1.0% NaCl. This was attributed mainly to the higher alkalinity of these media in comparison to other usual pore waters, promoting longer protection of the steel.

Keywords: pore water; corrosion; steel slag; electrochemical impedance spectroscopy

Existe interesse na indústria cimenteira no uso de escórias de aciaria em cimento, porém são necessárias modificações químicas e/ou pirometalúrgicas para redução dos seus teores de CaO e MgO livre e de ferro. Entretanto, ainda não se abordaram os potenciais efeitos de sua aplicação na corrosão de armaduras, seja em meios sólidos (concreto endurecido) ou líquidos (águas de poro). Nesse contexto, o presente estudo apresenta a análise da corrosão do aço CA-50 em meios de águas de poro extraídas de pastas de cimento com 25% em massa de escória de aciaria (in natura ou modificada pirometalurgicamente) através de curvas de polarização, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e análises microestruturais. Para comparação, foram realizados ensaios em águas de poro de composições especificadas na literatura para cimento Portland comum e de escória de alto forno ativada com cimento, e posteriormente adicionou-se 1,0% de NaCl às soluções para simular agressividade. O aço se manteve passivo em todos os meios sem 1,0% de NaCl, porém os resultados de EIE indicaram características mais protetoras no meio representativo de escória de aciaria modificada. O principal produto de corrosão identificado pelas micrografias do aço após os ensaios nos meios agressivos foi a lepidocrocita (γ-FeOOH), e não houve corrosão do aço nos meios com escórias de aciaria e 1,0% de NaCl. Isso foi atribuído principalmente à maior alcalinidade destes meios em comparação com outras águas de poro convencionais, o que promoveu proteção mais prolongada do aço.

Palavras-chave: água de poro; corrosão; escória de aciaria; espectroscopia de impedância eletroquímica

Abstract

It is extremely important that the quality control of the concrete block used in structural masonry is conducted based on standard procedures that allow reliable estimation of the properties of these components. This work aims to analyze and evaluate the influence of the concrete block moisture on the result of the compression test. Hollow concrete blocks were prepared and subsequently maintained in different environments for various periods of time and under different conditions of temperature and humidity to determine the influence of the type of drying on the relative humidity of the block at the time of testing and consequently on its compressive strength. As a conclusion, it can be stated that, because it is necessary to use water in the process, the grinding rectification of the faces of the blocks led them to have high humidity, above 70%. If tested in this condition, the results of the compressive strength tests will be lower than that of blocks under usual environmental conditions. No differences were found in the average block strength when they were kept dry in the controlled environment of the laboratory during periods of 24 or 48 h. After grinding, it is not necessary to dry the blocks inside an oven at 40ºC before the tests; simply leaving them at a usual room temperature of 23ºC and humidity of 40 ± 5% for 24h is sufficient. The attempt to accelerate drying in an oven at 100ºC is not adequate because this leads to an increase in the compressive strength. From the results, it was possible to determine expressions to correlate the compressive strength as a function of the moisture of the block at the time of the test. The best-fit expressions are distinct for each block type, but the formulations are consistent in indicating a considerable difference in resistance as a function of moisture.

Keywords: moisture; concrete hollow block; compressive strength; statistical analysis; experimental analysis

É de extrema importância que o controle de qualidade de blocos de concreto aplicados na alvenaria estrutural seja realizado com base em procedimentos normalizados que permitam a estimativa das propriedades desses componentes de forma confiável. Este trabalho objetiva analisar e avaliar a influência da umidade do bloco de concreto no resultado do ensaio de compressão. Blocos vazados de concreto simples foram submetidos à processo de retificação e foram posteriormente mantidos em diferentes ambientes, por variados períodos de tempo e sob diferentes condições de temperatura e umidade, de modo a se observar a influência do tipo de secagem sobre a umidade relativa do bloco no momento do ensaio e, consequentemente, sob seu comportamento à compressão. Como conclusão pode-se afirmar que logo após a retificação das face dos blocos, esses apresentam umidade elevada, acima de 70% e, se ensaiados nessa condição, os resultados de resistência a compressão serão menores que os de blocos em condições ambientais usuais. Não foram verificadas diferenças de resistência para as secagens realizadas nos períodos de 24 ou 48 h em ambiente laboratorial. Após a retificação não é necessário colocar os blocos em estufa a 40 °C antes dos ensaios, bastando deixá-los em temperatura e umidade ambiente usuais de 23 °C e 40 ± 5%, respectivamente, durante 24 h. A tentativa de acelerar a secagem em estufa a 100 °C não é adequada pois leva a um aumento da resistência a compressão. A partir dos resultados foi possível determinar expressões para corrigir a resistência a compressão em função da umidade do bloco no momento do ensaio. As expressões de melhor ajuste são distintas para cada tipo de bloco, porém as formulações são consistentes em indicar considerável diferença na resistência em função da umidade.

Palavras-chave: umidade; blocos vazados de concreto; resistência a compressão; análise estatística; análise experimental

Abstract

Bauxite residue (BR), a by-product of alumina and aluminum production, consists of high aluminum, silica, and iron content, and sodium from the bauxite ore digestion during the Bayer process. This waste is still being disposal into the lakes of mud, causing some environmental problems. So, the search for its application has gained interest. Studies reported in literature point out that one of the most promising applications is in association with Portland cement, which can also help to reduce the environmental impact caused by the CO2-emissions in its production. In this work, a combined evaluation of oscillatory rheometry and isothermal calorimetry was performed for the monitoring of the hardening stage of Portland cement (PC) compositions blended with BR generated in different sites in Brazil. The time-sweep test was applied to obtain the consistency gain of suspensions over-time, allowing us to understand the physical parameters of consolidation, while the changes in the hydration reaction showed considerable differences in the chemical contribution. As a conclusion, it was clear the impact of each BR, mainly due to the aspects related to soluble aluminates, silicates, and sodium, which in association with the soluble ions from PC, affected the chemical reaction and agglomeration/flocculation forces of particles.

Keywords: rheological properties; reuse of bauxite residue; Portland cement; chemical reactions

O resíduo de bauxita (BR), um subproduto da produção de alumina e alumínio, apresenta alto teor de alumínio, silício e ferro proveniente da bauxita, e sódio da digestão do minério durante o processo Bayer. Esse resíduo ainda está sendo descartado nos lagos de lama, causando alguns problemas ambientais. Assim, a busca por uma aplicação em larga escala tem ganhado cada vez mais atenção. Estudos relatados na literatura apontam que uma das aplicações mais promissoras está associada ao cimento Portland, o que também pode ajudar a reduzir o impacto ambiental causado pelas emissões de CO2 durante a produção do ligante hidráulico. Neste trabalho, uma avaliação combinada de reometria oscilatória e calorimetria isotérmica foi realizada para o monitoramento do estágio de endurecimento de composições de cimento Portland (PC) misturadas com BR geradas em diferentes locais no Brasil. O ensaio de varredura no tempo foi aplicado para monitorar o ganho de consistência das suspensões ao longo do tempo, permitindo avaliar os parâmetros físicos da consolidação, enquanto as mudanças na reação de hidratação mostraram as diferenças consideráveis realacionadas com a contribuição química. Como conclusão, ficou claro o impacto de cada BR, principalmente devido aos aspectos relacionados aos aluminatos, silicatos e sódio solúveis, que em associação com os íons solúveis do PC, afetaram a reação química e as forças de aglomeração/floculação das partículas.

Palavras-chave: propridades reológicas; resuso de resíduo de bauxita; cimento Portland; reação química

Abstract

Reinforced concrete short corbels are components characterized to represent typical conditions of geometrical and static discontinuity. In general, the classical bending theory is not valid for their design. With the strut and tie method, a model of a self-balanced truss, a strategy of representation of the principal stress flow appears as a representation of the trajectories of the main stresses in these components. Within the context of obtaining the strut and tie models, topology optimization is an indicated technique for an automated process. Combined with a numerical analysis based on finite elements, the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) method formulation, which is defined with the criterion of minimum strain energy restricted by the volumetric fraction, is used for the development of the models with the ABAQUS® v. 6.14.1 software. Therefore, with the material distribution posterior to the optimization and the validation based on normative codes, it is demonstrated that the tool is effective in the development of strut and tie models.

Keywords: corbels; topology optimization; SIMP

Os consolos curtos de concreto armado são componentes caracterizados por representarem situações típicas de descontinuidade geométrica e estática. Para o seu dimensionamento, em geral, não é válida a teoria clássica da flexão. Com o método das bielas, um modelo de treliça autoequilibrada surge como uma representação das trajetórias de tensões principais nesses componentes. No contexto de obtenção dos modelos de bielas, a otimização topológica é uma técnica indicada para um processo automatizado. Combinado com uma análise numérica em elementos finitos, a formulação do método SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization), que é definida com o critério da mínima energia de deformação com restrição de volume, é utilizada para a definição dos modelos com o software ABAQUS® v. 6.14.1. Assim, com a distribuição de material após a otimização e a validação feita a partir de recomendações normativas, mostra-se que a ferramenta é eficaz no auxílio no desenvolvimento de modelos de bielas.

Palavras-chave: consolos; otimização topológica; SIMP

Abstract

Structural Health Monitoring (SHM) programs play an essential task in the field of civil engineering, especially for assessing safety conditions involving large structures such as viaducts, bridges, stadiums, and tall buildings. In fact, some of these structures are monitored 24 hours a day, 7 days a week, to supply dynamic measurements that can be used for the identification of structural problems, e.g., presence of cracks, excessive vibration, damage, among others. SHM programs may provide automated assessment of structural health by processing vibration data obtained from sensors attached to the structure. Frequently, SHM uses wired systems, which are usually expensive due to the necessity of continuous maintenance and are not always suitable for sensing remote structures. Conversely, commercial wireless systems often demand high implementation costs. Hence, this paper proposes the use of a low-cost wireless sensing system based on the single board computer Raspberry Pi, which significantly reduces implementation expenses while keeping data’s integrity. The wireless communication is performed in real-time through a local wireless network, responsible for sending and receiving vibration data. The proposed system is validated by comparing its results with a commercial wired system through a series of controlled experimental applications. The results suggest that the proposed system is suitable for civil SHM applications.

Keywords: structural health monitoring; wireless sensors; low-cost accelerometers

Os programas de Monitoramento Dinâmico Estrutural (SHM, em inglês) desempenham uma tarefa essencial na área da engenharia civil, especialmente para avaliar as condições de segurança que envolvem grandes estruturas, como viadutos, pontes, estádios e edifícios altos. De fato, algumas dessas estruturas são monitoradas 24 horas por dia, 7 dias por semana, com o objetivo de prover medições dinâmicas que possam ser usadas para a identificação de problemas estruturais como, por exemplo, presença de fissuras, vibração excessiva, danos, entre outros. Os programas de SHM podem fornecer uma avaliação automatizada da integridade estrutural, processando dados de vibração obtidos de sensores conectados à estrutura. Frequentemente, o SHM usa sistemas com fio que geralmente são caros devido à necessidade de manutenção contínua e nem sempre são adequados para utilização em estruturas de acesso dificil. Por outro lado, os sistemas sem fio comerciais geralmente exigem altos custos de implementação. Portanto, este artigo propõe o uso de um sistema de monitoramento sem fio de baixo custo baseado no computador de placa única Raspberry Pi que reduz significativamente as despesas de implementação, mantendo a integridade dos dados. A comunicação sem fio é realizada em tempo real através de uma rede local sem fio, responsável pelo envio e recebimento de dados de vibração. O sistema proposto é validado comparando seus resultados aos de um sistema comercial com fio a partir de uma série de aplicações experimentais controladas. Os resultados sugerem que o sistema proposto é adequado para aplicações de SHM em estruturas de engenharia civil.

Palavras-chave: monitoramento dinâmico estrutural; sensores em fio; acelerômetros de baixo custo

Abstract

The necessity to reduce the consumption of cement in cementitious composites is a worldwide concern and the partial replacement of cement with industrial waste has gathered considerable interest. One type of industrial waste is glass, which is rich in amorphous silica but can present problems with its use due to the alkali-silica reaction (ASR). The objective of this study was to analyze the compressive strengths of mortars using ground glass residue (GLR). Milling times of 16 h and 32 h were conducted and GLR tested in cement substitutions of 10 w.t.%, 15 w.t.% and 20 w.t.%. A statistical analysis was performed to verify which factors affected mortar strength. The mitigating effect of GLR in ASR was also tested. Results showed that milling time did not affect resistance significantly but w.t.% substitution did. The substitution of 20 w.t.% proved to provide the best result as it was statistically equal to the standard mixture.

Keywords: ground glass residue (GLR); mortar; pozzolanic activity; alkali-silica reaction (ASR)

A busca pela redução do consumo de cimento em compósitos cimentícios se mostra uma preocupação mundial, e a substituição parcial do cimento por resíduos industriais tem ganhado impulsão. Um desses materiais é o vidro, material rico em sílica amorfa, mas que pode apresentar problemas em sua utilização, devido à reação álcali sílica (RAS). O objetivo da pesquisa foi analisar as resistências à compressão de argamassas com uso de resíduo moído de vidro (RMV). Foram testados dois tempos de moagem para RMV, 16 e 32 horas, bem como percentuais de 10, 15 e 20% de substituição em massa de cimento por RMV. Uma análise estatística foi realizada para verificar quais fatores interferiam na resistência das argamassas. O efeito mitigador do RMV também foi testado quanto à RAS. Os resultados mostraram que o tempo de moagem não foi significativo para resistência, mas os percentuais de substituição foram. O percentual de 20% mostrou-se o melhor, uma vez que foi estatisticamente igual ao traço padrão.

Palavras-chave: resíduo moído de vidro (RMV); argamassa; atividade pozolânica; reação álcali sílica (RAS)

Abstract

This work presents a study on the compatibilization of the lining load results between continuous ground mass and bedded beam models for tunnel design, through the calibration of the loads imposed to the bedded beam models. A review on compatibilization premises and the computation of “ideal” compatibilization loads, which yield identical results between model hierarchies is presented. A case study was developed, illustrating that even with significant simplification of the calibrated loads, if they bear magnitude and distribution that resembles those of the “ideal” compatibilization load, reasonable compatibility, potentially better than that of usual generic imposed loads, may be obtained. Motivated by this observation, a parametric study on the magnitude and distribution of the “ideal” compatibilization load was performed, yielding conclusions that foresee the estimation of simplified compatibilization loads directly from the physical problem definition.

Keywords: tunnels; hierarchical modeling; numerical modeling

Esse trabalho apresenta um estudo acerca da compatibilização dos esforços solicitantes no revestimento entre modelos de maciço contínuo e de anel sobre apoios para o projeto de túneis, a partir da calibração de carregamentos impostos aos modelos de anel sobre apoios. Uma revisão das premissas de compatibilização e do cálculo de carregamentos de compatibilização “ideal”, que levam a resultados idênticos entre hierarquias de modelos é apresentada. Um estudo de caso foi desenvolvido, ilustrando que mesmo com significativa simplificação dos carregamentos calibrados, se eles possuírem magnitude e distribuição que remetam às do carregamento de compatibilização “ideal”, compatibilidade razoável, e potencialmente melhor que aquela obtida com carregamentos impostos usais genéricos, pode ser obtida. Motivada por tal observação, uma análise paramétrica da magnitude e distribuição do carregamento de compatibilização “ideal” foi efetuada, resultando conclusões que anteveem a estimativa de carregamentos de compatibilização simplificados diretamente da definição do problema físico.

Palavras-chave: túneis; modelagem hierárquica; modelagem numérica