For a controlled granulometry, this study evaluates the effect of nano-silica on mechanical and rheological properties, as well in the microstructure of Portland cement matrices containing a fixed amount of supplementary cementitious materials and three different types of cements. The rheological behavior of cement pastes was evaluated by rotational rheometry and mechanical performance was measured througth the compressive strength. The microstructure was analyzed by intrusion mercury porosimetry and scanning electron microscopy. There was an increasing on the viscosity of the cementitious matrices, as a consequence of the reduction in the inter particle separation of these suspensions. The optimum content of nano-silica varied according to Ca/Si ratio of Portland cement matrices containing supplementary cementitious materials. The use of nano-silica allowed to modify the pore size distribution of cementitious matrices. And the structure of nano-silica in cementitious matrices has occurred in layers or agglomerates of nano-particles covered by hydration products.

Keywords: rheology; compressive strength; microstructure; porosity

Para uma granulometria controlada, este estudo avalia o efeito da nanossílica nas propriedades mecânicas e reológicas, bem como na microestrutura de matrizes de cimento Portland contendo uma quantidade fixa de materiais cimentícios suplementares e três diferentes tipos de cimentos. O comportamento reológico das pastas cimentícias foi avaliado por reometria rotacional e o desempenho mecânico foi medido através da resistência à compressão. A microestrutura foi analisada por porosimetria de intrusão de mercúrio e microscopia eletrônica de varredura. Houve um aumento da viscosidade das matrizes cimentícias, como consequência da redução na distância de separação das partículas dessas suspensões. O teor ótimo de nano-sílica variou de acordo com a relação Ca/Si das matrizes de cimento Portland contendo materiais cimentícios suplementares. O uso da nanossílica permitiu modificar a distribuição do tamanho dos poros das matrizes cimentícias. E a estrutura da nanossílica nas matrizes cimentícias ocorreu em camadas ou aglomerados de nanopartículas recobertas por produtos de hidratação.

Palavras-chave: reologia; resistência à compressão; microestrutura; porosimetria de intrusão de mercúrio

The study of progressive collapse of structures using numerical models requires accurate modeling of geometrical nonlinearity and material failure behavior. Numerical models must demonstrate stability, such that localized member failures do not trigger numerical instabilities. Also, algorithms should be efficient, to limit the computational burden of analyzing multiple responses when considering the effects of uncertain loads, geometric and material variables. In this scientific domain, a comprehensive non-linear ductile-damage truss-element model has been recently presented by the authors. The model accounts for the geometrical and material nonlinearities observed during progressive collapse of structural systems. In this paper, the Felipe-Leonel-Haach-Beck (FLHB) model is calibrated to describe the response of Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC). Based on a limited number of UHPFRC experimental curves, statistics of FLHB model parameters are obtained. These are employed in the probabilistic analysis of failure paths of truss structures under progressive collapse. Monte Carlo Simulation and the First Order Reliability Method are employed in the probabilistic failure path analyses. Six application examples demonstrate the accuracy, robustness, and efficiency of the FLHB model in evaluation of failure paths of realistic structural systems.

Keywords: progressive collapse; failure paths; truss structures; continuum damage mechanics; reliability analysis

O estudo do colapso progressivo de estruturas, utilizando análise numérica, requer modelos precisos das não-linearidades geométrica e material. Modelos numéricos também precisam se mostrar estáveis, de forma que a falha localizada de um elemento não provoque instabilidades numéricas. Algoritmos precisam ser eficientes, de forma a possibilitar as análises repetitivas, necessárias para avaliar os efeitos das incertezas nas ações, na geometria e nos parâmetros de resistência dos materiais. Neste contexto, um modelo não-linear abrangente foi apresentado recentemente pelos autores, combinando análise plástica com um modelo de dano, para análise de treliças. O modelo leva em conta as não-linearidades material e geométrica observadas durante o colapso progressivo de estruturas hiperestáticas. Neste artigo, o modelo de Felipe-Leonel-Haach-Beck (FLHB) é calibrado para descrever a resposta do concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras ou Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC). Com base em um número limitado de curvas experimentais para o UHPFRC, estatísticas dos parâmetros do modelo FLHB são obtidas. Estas são utilizadas em uma análise probabilística dos caminhos de falha de treliças sob colapso progressivo. Simulação de Monte Carlo e o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem são empregados nas análises. A aplicação a seis estruturas-exemplo demonstram a precisão, robustez e eficiência do modelo FLHB em avaliar os caminhos de falha de treliças realísticas.

Palavras-chave: colapso progressivo, caminhos de falha, treliças, mecânica do dano continuo; confiabilidade estrutural

Abstract

This work aims to verify the influence of the foundation and the reservoir on the dynamic behavior of concrete gravity dams in terms of the natural frequencies, vibration modes for a free vibration analysis; and in terms of maximum displacements and maximum stresses at singular points of the structure for a seismic excitation. The dam-reservoir-foundation interaction was investigated through modal and transient analysis by the finite element method via ANSYS APDL software. For this study, we used a typical Brazilian dam profile and compatible data from a Brazilian earthquake for the seismic excitation. The results showed the influence of the reservoir and the foundation on the natural frequencies in the coupled system, as well as its repercussions on the response of the dam under seismic excitation.

Keywords: dam-reservoir-foundation interaction; dynamic analysis; foundation flexibility; reservoir; ANSYS

Este trabalho tem o objetivo de verificar a influência da fundação e do reservatório no comportamento dinâmico em barragens gravidade de concreto, avaliando as frequências naturais e os modos de vibração para uma análise em vibração livre; assim como os deslocamentos máximos e as tensões máximas em pontos singulares da estrutura para uma excitação sísmica. A interação barragem-reservatório-fundação é investigada através da análise modal e transiente pelo método dos elementos finitos via software ANSYS APDL. Adotou-se um perfil de barragem típica brasileira e dados compatíveis de um sismo local para a excitação sísmica. Para o caso de vibração livre, os resultados mostraram a influência do reservatório e da fundação nas frequências naturais no sistema acoplado e a sua correlação com os resultados obtidos para o sistema desacoplado, já para a excitação sísmica houve modificações na resposta da estrutura com a alteração, em especial, do tipo de fundação.

Palavras-chave: interação barragem-reservatório-fundação; análise dinâmica; fundação flexível; reservatório; ANSYS

Abstract

Alkali-silica reaction (ASR) is one of the most harmful distress mechanisms that affects the durability of concrete worldwide. Yet, it has been found that ASR-induced expansion and distress may be prevented by the appropriate use of supplementary cementing materials (SCMs). Recent studies suggest that rice husk ash (RHA), a by-product of the rice production, may present promising performances as a pozzolanic material and to enhance the durability of blended mixtures. There are many controversial studies regarding the use of RHA and how its properties directly affect the performance and durability of concretes and mortars. The present study aims to evaluate the influence of the RHA on ASR through the accelerated mortar bar test (AMBT), X-Rays Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TG), Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) and Scanning Electron Microscopy (SEM). To validate the obtained data, the results were compared with mortars made of a well-known SCM (silica fume) which has distinguished behaviour against ASR. The results indicate that, besides the silica fume mortars have showed better results, the use of RHA suggests promising results to mitigate the ASR, yet, further analysis on concrete prims test should be carried out to fully validate the use of RHA to enhance the durability of the concrete. The RHA finesses and its particle size were the most important properties in the SCM performance.

Keywords: rice husk ash; pozzolanicity; alkali-silica reaction; particle size distribution

A reação álcali-sílica (RAS) é um dos mais nocivos mecanismos que afetam a durabilidade do concreto em todo o mundo. No entanto, já foi verificado que a expansão e a deterioração do concreto, devido a RAS, podem ser evitadas pelo uso de materiais apropriados, como adições minerais. Estudos recentes sugerem que a cinza da casca de arroz (CCA), um subproduto da produção de arroz, pode apresentar desempenho promissor como material pozolânico para aumentar a durabilidade de misturas com cimento Portland. Existem muitos estudos controversos a respeito do uso da CCA e como suas propriedades afetam diretamente o desempenho e a durabilidade de concretos e argamassas. O presente estudo teve como objetivo avaliar a influência da CCA na RAS através do teste acelerado de barras de argamassa (AMBT), Difração de Raios-X (DRX), Análise Termogravimétrica (TG), Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (MIP) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para validar os dados obtidos, os resultados foram comparados com argamassas confeccionadas com uma reconhecida adição mineral (sílica ativa), a qual possui notável comportamento frente a RAS. Os resultados indicam que, além das argamassas de sílica ativa apresentarem melhores resultados, o uso de CCA pode sugerir resultados promissores para mitigar o RAS. Porém, análises adicionais a partir do ensaio de primas de concreto devem ser realizados para validar plenamente o uso desta cinza para aumentar a durabilidade do concreto. A finura o tamanho das partículas da CCA foram as características que mais tiveram impacto no desempenho da adição mineral.

Palavras-chave: cinza de casca de arroz; pozolanicidade; reação álcali-sílica; distribuição granulométrica

Abstract

Prestressed composite steel-concrete structures are scarcely used due to a lack of clear standardized design guidelines and formulations on the subject. The present research aims to present design methodologies for steel-concrete composite beams with external pretension applied via straight tendons. A computer program to perform structural analysis of such beams was developed based on two different methodologies: the first one is presented in ABNT NBR 8800:2008, in which the guidelines for the design of composite beams with compact webs are adjusted to include the effects of the pretension force. The second methodology is extracted from international literature and presents a structural design process based on stress distribution on the beam. Ninety prestressed and thirty non-prestressed beams were analyzed and designed with the aforementioned computer program to evaluate the influence of beam length, degree of symmetry of the steel profile and eccentricity of the pretension force on the mechanical resistance of the beams. It was observed that, although the prestressing force considerably improved resistance to bending, it introduced high compression stresses on the steel profile; hence, the pre-stressing of composite beams is proved efficient only for steel profiles with symmetrical cross-sections.

Keywords: prestressed composite beams. design methodology. external prestressing. computer program.

A protensão em estruturas mistas de aço e concreto é pouco utilizada pela falta de normas e formulações claras sobre o assunto. Esse trabalho visa apresentar metodologias de análise e dimensionamento de vigas biapoiadas mistas de aço e concreto com protensão externa e cabo de traçado reto (pré-tração). Um programa computacional que efetua a análise e o dimensionamento dessas vigas foi elaborado com base em duas metodologias distintas: a da ABNT NBR 8800:2008, de vigas mistas compactas, ajustada para incluir os efeitos da força de protensão e uma segunda, extraída da literatura internacional, em que o dimensionamento é feito por meio da verificação das tensões atuantes. Noventa vigas mistas protendidas e trinta sem protensão foram calculadas por meio do programa computacional desenvolvido para avaliar a influência do comprimento do vão, do grau de monossimetria da seção transversal do perfil de aço e da excentricidade da força de protensão na capacidade resistente das vigas. Observou-se que embora a protensão gere uma melhora considerável no comportamento à flexão, a força de protensão introduz altas tensões de compressão no perfil de aço, por isso a eficiência da protensão foi comprovada apenas nos casos de vigas mistas com perfil de aço duplamente simétrico.

Palavras-chave: vigas mistas de aço e concreto protendidas. metodologias de dimensionamento. protensão externa. programa computacional.

Abstract

This work presents the experimental evaluation of the dynamic behavior of Steel and concrete composite floors, from a human comfort point of view, when submitted to human walking. The structural model investigated was a real composite floor system under construction, with a total area of approximately 1300 m2. A preliminary numerical model was developed in order to guide the ideal positioning of excitation and instrumentation to be adopted in the experimental “in situ” evaluation. Next, free vibration tests were carried out to obtain the modal parameters of the structure. More than 180 forced vibration tests with excitation caused by a person walking at different step frequencies and directions were performed to determine de maximum structure’s response. The results found were compared with human comfort criteria recommended by national and international standards and design guides. Subsequently, a people quantity influence analysis on the dynamic response of the floor was carried out, where it was noticed that the increase in the number of users walking on the floor also increased the peak acceleration value. This fact emphasizes the need to carry out experimental evaluations considering the variation of people quantity on floor activity in order to evaluate the real scenario of human vibrations induced in the structure under service.

Keywords: experimental dynamic analysis; human comfort assessment; steel-concrete composite floor; numerical modeling

O presente trabalho apresenta a avaliação experimental do comportamento dinâmico de pisos mistos (aço-concreto), sob o ponto de vista do conforto humano, quando submetidos ao caminhar humano. O modelo estrutural investigado foi um sistema de piso misto (aço-concreto) real e em fase de construção, com área total aproximada de 1300 m2. Um modelo numérico preliminar foi elaborado visando nortear o posicionamento ideal da excitação e instrumentação a ser adotada no ensaio experimental in loco. A partir do programa experimental definido, testes de vibração livre foram realizados para determinar os parâmetros modais da estrutura. Cerca de 180 ensaios de vibração forçada sob a excitação causada pelo caminhar de uma pessoa em diferentes frequências de passo e direções foram realizadas para determinar as respostas máximas do piso. Os resultados encontrados foram comparados com critérios de conforto humano recomendados por normas e guias de projeto nacionais e internacionais. Posteriormente, realizou-se uma análise da influência do número de pessoas na resposta dinâmica do piso, sendo observado que o aumento da quantidade de usuários caminhando sobre o piso acarretou no acréscimo do valor da aceleração de pico. Tal fato enfatiza a necessidade da realização de avaliações experimentais considerando a variação da quantidade de pessoas exercendo atividades sobre o piso, de forma a representar as vibrações induzidas nas situações reais de serviço da estrutura.

Palavras-chave: análise dinâmica experimental; conforto humano; pisos mistos (aço-concreto); modelagem numérica

Abstract

The performance of accelerated test methods to determine the chloride diffusion coefficient in concrete is an important tool in the evaluation of the durability-related properties of the material and in the service life prediction of structures. In this way, this paper presents an experimental assessment of three standardized test methods for determining chloride diffusion coefficient. The migration-based tests presented by NT Build 492 and UNE 83987 and the diffusion-based test presented by ASTM C1556 were carried out. Six concrete mixes were produced: three with different water/binder ratios (0.45, 0.55, and 0.65) and three with replacement of cement by silica fume in the levels of 5, 10, and 20%. The results indicate that the method standardized by NT Build 492 has the best correlation with the diffusion test, in addition to being the one that requires the shortest execution time and has the lowest coefficient of variation of the results.

Keywords: chloride diffusion coefficient; accelerated test methods; concrete durability

A realização de ensaios acelerados de determinação do coeficiente de difusão de cloretos no concreto é uma importante ferramenta na avaliação das características relacionadas à durabilidade do material e na previsão da vida útil das estruturas. Nesse sentido, este trabalho apresenta uma avaliação experimental de três metodologias normatizadas de determinação do coeficiente de difusão do concreto. Foram realizados os ensaios de migração iônica apresentados pela NT Build 492 e pela UNE 83987 e o ensaio de difusão regido pela ASTM C1556. Seis traços de concreto foram produzidos, sendo três com diferentes relações água/aglomerante (0,45, 0,55 e 0,65) e três com substituição de cimento por sílica ativa nos teores de 5, 10 e 20%. Os resultados indicam que o método normatizado pela NT Build 492 apresenta a melhor correlação com o ensaio de difusão, além de ser o que requer menor tempo de execução e apresentar menor coeficiente de variação dos resultados.

Palavras-chave: coeficiente de difusão de cloretos; métodos acelerados; durabilidade do concreto

Abstract

This paper aims to analyze the thermal behavior and residual mechanical properties of concrete hollow-blocks structural masonry and its component materials in fire situation using experimental investigation. Compression tests were carried out on blocks, prisms and small walls at room temperature and after being exposed for 70 minutes to the ISO 834 Standard Fire. The test at high temperatures was run using a furnace powered by natural gas and instrumented with thermocouples to measure temperatures in the specimens. The influence of the initial concrete strength on masonry behavior was evaluated considering the use of blocks with different strengths at room temperature. In addition, exposure to fire was also investigated considering masonry elements with no coverings and submitted to two different fire exposure conditions: one or both sides. The results indicate a substantial loss in the masonry load capacity at high temperatures, especially in cases of fire exposure on both sides, where the residual compressive strength resulted, on average, between 20% and 27% for the blocks and approximately 14% for prisms and small walls. Its performance with fire heating up on only one face is much higher, with an average residual masonry strength equal to 46% compared to its strength at room temperature. The obtained results are also useful for evaluating masonry regarding the integrity and thermal insulation criteria, the latter achieved with little over 60 minutes of testing.

Keywords: structural masonry; concrete; fire; residual strength; thermal behavior

O presente trabalho tem como objetivo investigar, por meio de análises experimentais, o comportamento térmico e as propriedades mecânicas residuais da alvenaria estrutural de blocos vazados de concreto e seus materiais componentes em situação de incêndio. Foram realizados ensaios de compressão com elementos representativos da alvenaria (blocos, prismas e pequenas paredes) antes e após serem expostos por 70 minutos ao Incêndio-Padrão proposto na ISO 834-1:1999, o qual foi aplicado por meio de um forno a gás natural instrumentado com termopares para a medição das temperaturas em seu interior e também nos corpos de prova. A influência da resistência inicial do concreto no comportamento da alvenaria foi avaliada considerando-se blocos com diferentes resistências características à temperatura ambiente. Além disso, a forma de exposição ao incêndio foi também investigada, sendo ensaiados elementos sem revestimento e com fogo atuando em uma ou em ambas as faces. Os resultados apontam significativa perda de capacidade resistente da alvenaria quando em temperaturas elevadas, principalmente nos casos em que o fogo atua em ambas as faces, onde a resistência residual à compressão resultou entre 20% e 27% para os blocos e em torno de 14% para prismas e pequenas paredes, em média. Seu desempenho com fogo atuando em apenas uma face se mostra bem melhor, com resistência residual média da alvenaria igual a 46% em relação à sua resistência à temperatura ambiente. Os resultados encontrados também são úteis para a avaliação da alvenaria quanto aos critérios de estanqueidade e isolamento térmico, este último atingido com pouco mais de 60 minutos de ensaio.

Palavras-chave: alvenaria estrutural; concreto; incêndio; resistência residual; comportamento térmico

Abstract

Culverts are structures used in road and railway infrastructure works such as underpasses. Among the several forms of cross-sections, the rectangular one (box culvert) has been mostly employed. However, when installed at high embankments, this structure shows high values of bending moment and shear force, which tend to be amplified by the soil arching. This paper addresses a study of section culvert with an arc cover, called modified, and a section defined by three arches, with a flat base. Such cross-section forms reduce the bending moment due to their geometry, and efforts can be decreased with the use of reduced thicknesses by mechanisms of soil-structure interaction. Analyses were performed in the plane-strain deformation with finite elements towards considering soil-structure interaction, and the results proved the influence of the geometry shape on the soil-culvert interaction behavior. A comparative analysis of the material cost index (ICM) values for 25 geometries (12 modified culverts, 12 culverts defined by three arcs and 1 box culvert) was used for estimating the economic viability of each unusual section culvert. The results showed 27 and 54% economy in materials for modified culvert and culvert defined by three arcs, respectively, in comparison with the rectangular section.

Keywords: precast concrete; culvert; section arch; soil-structure interaction; soil arching effect

As galerias são estruturas utilizadas em obras de infraestrutura rodoviária e ferroviária como passagens inferiores ou para transposição de talvegues. Embora existam várias formas de seções transversais, a seção transversal retangular (box culvert) é a mais empregada. No entanto, à medida que esta estrutura é instalada em elevadas alturas de terra, a forma retangular apresenta altos valores de momento fletor e força cortante. Este efeito tende a ser ampliado com o arqueamento do solo em grandes alturas de aterro. Neste artigo apresenta-se um estudo de galeria de seção com cobertura em arco, chamada modificada, e de seção definida por três arcos, com uma base plana. Com estas formas de seções transversais têm-se a diminuição dos esforços de flexão, devido à geometria. Além disto, pode-se reduzir ainda mais esses esforços com o emprego de espessuras reduzidas considerando os mecanismos de interação solo-estrutura. Para considerar a interação solo-estrutura foram realizadas análises no estado plano de deformação com elementos finitos. Os resultados comprovaram a influência significativa do formato das geometrias no comportamento da interação solo-galeria. Além disso, a análise comparativa do índice de custo de material (ICM) foi utilizada para estimar a viabilidade econômica de cada galeria não-usual. Os valores índice de custos de material foram analisados para 25 geometrias (12 galerias modificadas, 12 galerias definidas por três arcos e 1 galeria retangular), para as situações representativas preestabelecidas, os resultados mostram que a maior economia com material é de 29 e 54% para modificada e definida por três arcos, respectivamente, em comparação com a seção retangular.

Palavras-chave: concreto pré-moldado; galeria enterrada; seção transversal não usual; interação solo-estrutura

Abstract

This paper is concerned on the development of a computational model based on finite element procedures for advanced analysis capable of estimating the behavior of reinforced concrete and composite steel-concrete plane structures exposed to fire. The program implemented is called NASEN, the specific thermo-structural module is used to analyze structures under fire conditions. The effects of geometric nonlinearity, material nonlinearity and nonlinear thermal gradients are incorporated into the model, as well as the degradation of material properties with increased temperature. The methodology applied for the solution is based on the unidirectional coupling of the thermal and mechanical solutions. The cross-sections of the structural elements are discretized with two-dimensional meshes for thermal analysis, while the structural analysis uses a one-dimensional beam-column element. Numerical examples are presented to demonstrate the accuracy of the computational code developed in relation to the numerical and experimental solutions found in the literature. In summary, the program adequately predicted the response of the studied structures.

Keywords: finite elements; concrete-steel; fire; thermo-structural; computational model

O presente artigo tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo computacional com base nos procedimentos do método dos elementos finitos. A análise avançada é capaz de estimar o comportamento de estruturas planas de concreto armado e, mistas de aço e concreto em situação de incêndio. O programa computacional implementado é denominado de NASEN e, utiliza um módulo termo-estrutural específico para análise de estruturas em condição de incêndio. Incorpora-se ao modelo os efeitos da não linearidade geométrica, não linearidade do material e gradientes térmicos não lineares, bem como a degradação das propriedades dos materiais com aumento da temperatura. A metodologia aplicada para solução tem como base o acoplamento unidirecional das soluções térmicas e mecânicas. As seções transversais dos elementos estruturais são discretizadas com malhas bidimensionais para análise térmica, enquanto a análise estrutural utiliza elemento unidimensional de viga-coluna. Exemplos numéricos são apresentados para demonstrar a precisão do código computacional desenvolvido em relação as soluções numéricas e experimentais encontradas na literatura. O programa computacional prevê adequadamente a resposta das estruturas estudadas.

Palavras-chave: elementos finitos; concreto-aço; incêndio; termo-estrutural; modelo computacional

Abstract

Innovative composite structures have been intensively studied towards meeting the demands of civil construction. An example of such structures is slim floor, comprised of concrete or composite slabs positioned at the height of steel beams, reducing the total height of the floor. In Brazil, studies on this system are still in early stages, and due to the lack of both experience and national normative codes, it is hardly used in civil construction. Given the possible combinations between concrete slabs and steel beams, the system exhibits different typologies. This article reports a numerical investigation on two typologies of slim floor, namely Asymmetric Slimflor Beam (ASB), composed of an asymmetric I beam, and Composite Slim-Floor Beam (CoSFB), comprised of an asymmetric beam with small openings at the top of its web. Nonlinear numerical models of ASB and CoSFB typologies were developed by Finite Element-based software ABAQUS®. The models were calibrated with the use of experimental studies from the literature, and showed high accuracy and good results. After calibration, the materials properties and geometric dimensions of the models, such as height and thickness, were standardized for a comparison of the typologies. The comparative analysis showed the particular characteristics of CoSFB promoted higher stiffness and flexural capacity compared to ASB, and a parametric analysis evaluated the influence of steel and concrete parameters on the flexural behavior of the typologies. The parametric study revealed the steel parameters exerted a more substantial influence on the slim floors behavior than the concrete ones.

Keywords: composite structures; slim floor; Asymmetric Slimflor Beam (ASB); Composite Slim-Floor Beam (CoSFB); numerical analysis

Estruturas mistas inovadoras vêm sendo intensamente estudadas para atender as demandas da construção civil. Um exemplo de tais estruturas é o piso misto de pequena altura, composto por lajes de concreto ou mistas, posicionadas na altura de vigas de aço, reduzindo a altura total do piso. No Brasil, os estudos sobre esse sistema ainda são iniciais e, devido à falta de experiência e de códigos normativos nacionais, ele é pouco utilizado na construção civil brasileira. Devido às inúmeras combinações possíveis entre lajes e vigas de aço, o sistema apresenta diferentes tipologias. Este artigo apresenta uma investigação numérica sobre duas tipologias de piso misto de pequena altura, sendo elas Asymmetric Slimflor Beam (ASB), composta por uma viga I assimétrica, e Composite Slim-Floor Beam (CoSFB), composta por uma viga assimétrica com pequenas aberturas na parte superior da alma. Uma análise numérica não linear em elementos finitos foi realizada com o software ABAQUS, e os modelos numéricos das tipologias ASB e CoSFB foram calibrados a partir de resultados experimentais da literatura. Após a calibração, os modelos foram padronizados de acordo com as propriedades dos materiais e dimensões geométricas, como altura e espessura, para a comparação das tipologias. Uma análise paramétrica avaliou a influência de parâmetros do aço e do concreto no comportamento à flexão dessas tipologias. A calibração numérica apresentou alta precisão e bons resultados e a análise numérica comparativa mostrou que as caracteristicas particulares do CoSFB promoveram maior rigidez e capacidade de flexão em relação ao ASB. O estudo paramétrico revelou que os parâmetros do aço exerceram maior influência que os parâmetros do concreto.

Palavras-chave: estruturas mistas, piso misto de pequena altura; Asymmetric Slimflor Beam (ASB); Composite Slim-Floor Beam (CoSFB); análise numérica

Abstract

In this paper, a numerical analysis using the finite element method, employing the commercial code Ansys, is performed to evaluate the influence of transverse stiffeners welded to the web of the steel profile on the lateral stiffness and resistant bending moment of continuous steel and concrete composite beams subjected to lateral-torsional buckling (LTB). The developed numerical model was validated by comparison with the results of tests performed by another researcher. Subsequently, a parametric analysis was carried out for beams with two and three spans, varying the spacing between the stiffeners. Finally, based on the analysis performed, it was concluded that the transverse stiffeners can significantly increase the lateral stiffness and the resistant moment of continuous composite beams. A calculation procedure to obtain this moment is proposed, having as reference the prescriptions of the Brazilian standard ABNT NBR 8800:2008.

Keywords: continuous steel and concrete composite beams; lateral-torsional buckling; transverse stiffeners; resistant bending moment; lateral stiffness

Neste artigo, uma análise numérica usando método dos elementos finitos, com apoio do software Ansys, é realizada para avaliar a influência de enrijecedores transversais soldados à alma do perfil de aço na rigidez lateral e no momento fletor resistente de vigas mistas contínuas de aço e concreto à flambagem lateral com distorção (FLD). O modelo numérico desenvolvido foi validado por meio de comparação com os resultados de ensaios realizados por outro pesquisador. Na sequência, foi feita uma análise paramétrica, para vigas com dois e três vãos, variando-se o espaçamento entre os enrijecedores. Finalmente, com base nas análises realizadas, conclui-se que os enrijecedores transversais podem aumentar significativamente a rigidez lateral e o momento resistente de vigas mistas contínuas e um procedimento de cálculo para se obter esse momento, tendo como referência as prescrições da norma brasileira ABNT NBR 8800:2008, é proposto.

Palavras-chave: vigas mistas contínuas de aço e concreto; flambagem lateral com distorção; enrijecedor transversal; momento fletor resistente; rigidez lateral

Abstract

Ultra-high performance concretes with steel microfibers have been studied in depth with the aim of producing more efficient and durable structures. The performance of these materials depends on the characteristics of the interface between microfibers and cementitious matrix. This research investigates the micro-nanomechanical properties of the interfacial transition zone between the steel microfibers and the matrix of ultra-high performance cementitious composite. The effect of the water/cement ratio and distance from the microfiber were analyzed. The results confirm the formation of high-density calcium-silicate-hydrate (HD C-S-H) matrix at higher concentrations than low-density calcium-silicate-hydrate (LD C-S-H) for w/c ratios of 0.2 and 0.3. The properties in cementitious matrix interface with steel microfibers were very similar to that measured for the cement paste, and no significant difference was observed regarding the distance to the microfibers in relation to the elastic modulus, hardness and chemical composition. Thus, the authors can conclude that the formation of a less resistant region does not occur at the interfacial transition zone cement paste/microfibers.

Keywords: calcium-silicate-hydrate; ultra-high performance concrete; interfacial transition zone; steel microfibers; nanoindentation

Concretos de ultra-alto desempenho com microfibras metálicas têm sido bastante estudados com objetivo de produzir estruturas mais eficientes e duráveis. O desempenho deste material é dependente das características da interface entre as microfibras e a matriz cimentícia. Este trabalho tem como objetivo investigar as propriedades micro-nanomecânicas da zona de transição interfacial entre as microfibras metálicas e a matriz cimentícia de materiais cimentícios de ultra-alto desempenho através das variáveis relação água/cimento e distância da fibra. Os resultados obtidos mostram a formação silicatos de cálcio hidratados de alta densidade (HD C-S-H) em maior quantidade do que silicatos de cálcio hidratados de baixa densidade (LD C-S-H) para relações água/cimento de 0,2 e 0,3. As propriedades medidas na interface entre as microfibras metálicas e a matriz cimentícia foram muito semelhantes àquelas medidas na pasta de cimento. Também não foram observadas diferenças significativas no módulo de elasticidade, dureza e composição química conforme a distância da fibra foi variada. Sendo assim, os autores concluem que não há ocorrência de uma região mais fraca na zona de transição entre a pasta e as microfibras.

Palavras-chave: silicato de cálcio hidratado; concreto de ultra-alto desempenho; zona de transição interfacial; microfibras metálicas; nanoindentação

Abstract

Joints in concrete pavements are built to allow slab volumetric variations avoiding random cracks. Moreover, as they are discontinuities, the use of dowel bars prevents loss of load transfer across joints. During bars installation or even concrete casting, misalignments and misallocations of those devices may occur, affecting the concrete pavement structural performance. This study explores the effects of such non-conformities in the positioning of dowel bars through numerical modeling, using the 3D finite element program EverFE2.25. For, numerical simulations, bending stresses in concrete slabs of a typical bus corridor were ascertained, varying misalignments types and magnitudes (vertical tilt and horizontal skew), base type (cemented and asphalt), slab/base interface bond conditions and concrete thermal differential. Results disclosed the contribution of using bonded base in reducing stresses, even when the dowels were severely misaligned while slabs were subjected to high thermal differentials.

Keywords: plain concrete pavements; dowel bars misalignment; numerical analysis; structural evaluation

As juntas em pavimentos de concreto são construídas com o objetivo de permitir a expansão e contração do concreto quando de alterações nas condições climáticas, impedindo a ocorrência de fissuras de retração de secagem aleatórias. Contudo, como as juntas serradas causam descontinuidades nos pavimentos, gerando o formato típico das placas, as barras de transferência de carga são introduzidas para evitar que a capacidade de transferência de carga do pavimento de concreto seja reduzida. Quando do posicionamento dessas barras em pista e mesmo durante a concretagem do pavimento podem ocorrer desalinhamentos, que por sua vez podem afetar o desempenho estrutural e funcional do sistema mesmo de maneira precoce. Assim, a investigação dos efeitos de desconformidades no posicionamento dessas barras nas tensões de serviço em pavimentos de concreto simples, por meio de modelagem numérica, torna-se ponto de partida para a melhoria das especificações e restrições normativas sobre o assunto. Nesse estudo foram realizadas simulações numéricas por meio do Método dos Elementos Finitos, com o programa EverFE 2.25 (em 3D) de estrutura típica de pavimento de concreto simples em corredor de ônibus quando foram então avaliados os tipos e magnitudes de desalinhamentos (rotações verticais e horizontais), tipos de base (cimentada e asfáltica) de apoio das placas, condições de aderência entre placas e base, bem como ocorrência ou não de gradientes de temperatura entre topo e fundo da placa. Os resultados evidenciaram a significativa contribuição da aderência entre a placa de concreto e a base para a redução das tensões de tração na flexão no concreto, mesmo quando as barras se encontrassem severamente desalinhadas e as placas sujeitas a diferenciais térmicos elevados.

Palavras-chave: pavimentos de concreto simples; desalinhamento de barras de transferência de carga; análise numérica; avaliação estrutural

Abstract

It is well known that highway bridges are subjected to fatigue as they work under live loads with different frequencies and amplitude. The safety level for fatigue required by Brazilian codes is still unknown, especially for prestressed concrete girders. Also, current studies on fatigue reliability of bridges only evaluate bending. This work assesses the fatigue safety level provided by Brazilian design standards for a concrete highway bridge, using weigh-in-motion (WIM) data of an important federal Brazilian highway, BR-381 (Fernão Dias Highway). The Palmgren-Miner rule is considered to evaluate the service life and reliability indexes, from the fatigue point of view, of prestressed girders designed according to Brazilian codes. Using limited and complete prestressing levels, different traffic volumes are considered. It is found that the fatigue safety levels of longitudinal and transverse reinforcements are larger than the ones recommended by the international literature.

Keywords: fatigue; highway bridges; concrete girders; weigh-in-motion; safety assessment

As pontes rodoviárias, por receberem um carregamento variável proveniente do tráfego de veículos, são suscetíveis ao fenômeno de fadiga. O nível de segurança à fadiga proporcionado pelas normas brasileiras, porém, ainda é desconhecido, especialmente em relação às pontes com longarinas protendidas. Além disso, as publicações sobre confiabilidade à fadiga em pontes de concreto consideram apenas análise à flexão. Este trabalho avalia o nível de segurança à fadiga que as normas brasileiras de projeto proporcionam para uma ponte rodoviária de concreto, utilizando dados de pesagem em movimento (weigh-in-motion – WIM) de uma importante rodovia federal brasileira, a BR-381 (Rodovia Fernão Dias). Mediante a regra de Palmgren-Miner, avalia-se a vida útil e os índices de confiabilidade, sob o aspecto da fadiga, das longarinas protendidas dimensionadas conforme as normas brasileiras. Utiliza-se a protensão limitada e completa e consideram-se diferentes volumes de tráfego. Verifica-se que os níveis de segurança à fadiga das armaduras longitudinais e transversais são maiores que aqueles recomendados pela literatura internacional.

Palavras-chave: fadiga; pontes rodoviárias; longarinas de concreto; pesagem em movimento; avaliação da segurança