This work presents a numerical model for 3D analyses through the finite element method of reinforced concrete structures subjected to monotonic loads. The proposed model for concrete is orthotropic and uses the equivalent uniaxial strain concept. The equivalent uniaxial stress-strain relation is generalized to take into account the triaxial stress conditions. The parameters used in the equivalent uniaxial stress-strain curve are determined from the failure surface defined in the principal stress space. The implementation in finite elements is based on the consideration of smeared cracks with cracks rotating according to the directions of the principal stresses. Also, an embedded reinforcement model was implemented to represent existent reinforcing bars. Finally, some results are compared with experimental data from the literature to demonstrate the validity of the numerical model developed.

Keywords: reinforced concrete; finite element method; constitutive models; orthotropic model

Este trabalho apresenta um modelo numérico para análise tridimensional de estruturas de concreto armado submetidas a cargas monótonas. O modelo proposto para o concreto é um modelo ortotrópico e utiliza o conceito de deformação uniaxial equivalente. A relação tensão-deformação uniaxial equivalente é generalizada para levar em consideração as condições triaxiais de tensão. Os parâmetros usados na curva tensão-deformação uniaxial equivalente são determinados a partir da superfície de ruptura definida no espaço de tensões principais. Também, implementouse um modelo de armadura incorporada para representar as barras de armadura. Por fim, apresentam-se resultados comparativos com ensaios experimentais e analíticos para demonstrar a validade do modelo numérico.

Palavras-chave: concreto armado; método dos elementos finitos; modelos constitutivos; modelo ortotrópico.

Understanding the influence of each phase of concrete, among which cement paste deserves prominence, is important for the development of a more efficient concrete, with an improved hydration process and resistance to plastic shrinkage cracks. The elastic modulus of the concrete is one of the principal project parameters of structures and they have extensive influence on the speed of the construction process and durability of the structures. The capacity for deformation of the concrete depends on the intrinsic characteristics of the cement hydration products, aggregates, transition zone and pores, besides variables inherent to the process, including the speed of hydration and climatic conditions. The aim of this research was to analyze the mechanical properties of the elastic modulus and hardness of a cement paste, through the nanoindentation technique and compare these using the conventional method for concrete. The results obtained for the nanostructure of cement pastes presented mean elastic modulus values of 17.9 GPa and 0.90 GPa for hardness. Determination of the elastic modulus calculated by NBR 6118 [1] was 9.6 GPa. Nanoindentation proved to be a valid method for evaluating nanostructure modifications in cement pastes.

Keywords: Nanoindentation, cement paste, elastic modulus.

O entendimento da influência de cada fase do concreto, dentre as quais merece destaque a pasta de cimento, é importante para o desenvolvimento de um concreto mais eficiente, com maior velocidade de hidratação e resistência à propagação de fissuras. O módulo de elasticidade do concreto é um dos principais parâmetros de projeto de estruturas e têm grande influência na velocidade do processo de construção e na durabilidade das estruturas. A capacidade de deformação do concreto depende das características intrínsecas dos produtos de hidratação do cimento, agregados, zona de transição e poros, além de variáveis inerentes ao processo, como velocidade de hidratação e condições climáticas.
O objetivo deste estudo foi avaliar as propriedades mecânicas de módulo de elasticidade e resistência superficial (dureza) para uma pasta de cimento, através da técnica da nanoindentação instrumentada e, complementarmente, comparar este valor do módulo de elasticidade, utilizando o método normatizado para concreto. Os resultados obtidos pela nanoindentação foram de 17,2 GPa para o módulo de elasticidade e de 0,90 GPa para a dureza. A determinação do módulo de elasticidade tangente inicial calculado pela NBR 61

Palavras-chave: nanoindentação, pasta de cimento, módulo de elasticidade.

There are many test methods used in the laboratory to prevent alkali-aggregate reaction (AAR). However, up to now, there is no consensus if they are reliable and efficient. This work presents the development of a new and accelerated concrete prism test called ABCPT (accelerate Brazilian concrete prism test) as an attempt to create a reliable and fast test that can analyze and classify the potential reactivity of aggregates in the laboratory. For this research, six aggregates with different lithologies were used. The methods CPT, ACPT and ABCPT were carried out with all the aggregates and a comparative analysis among all tests was performed. ABCPT seems to have a great potential to analyze and classify aggregates in the laboratory although, it needs further testing with other lithologies to be confirmed as feasible.

Keywords: alkali-aggregate reaction, test methods, concrete prism test (CPT), accelerated Brazilian concrete prism test (ABCPT)

Existem muitos métodos de ensaio de laboratório utilizados na prevenção da reação álcali-agregado, entretanto, até o momento não existe consenso no que tange confiabilidade e eficiência destes. Este trabalho apresenta a tentativa de desenvolvimento de um novo método de ensaio acelerado denominado ABCPT (método acelerado brasileiro de prismas de concreto), com o intuito de que este possa, de maneira rápida e confiável, analisar e classificar agregados mediante a sua potencial reatividade em laboratório. Para o desenvolvimento desta pesquisa, foram utilizados seis litotipos diferentes de agregados. Os métodos CPT (método de prismas de concreto), ACPT (método acelerado de prismas de concreto) e ABCPT foram realizados com todos os agregados e após, uma análise comparativa foi realizada. Os resultados indicam que o ABCPT demonstra grande potencial para utilização na análise e classificação de agregados em obras correntes de engenharia. No entanto, para a sua real comprovação, torna-se muito importante a realização do ensaio com um maior número de amostras de diferentes litotipos.

Palavras-chave: reaç

Quality control of structural concrete has been conducted for decades through the axial compression test. This process is not exempt from considerable drawbacks. An appropriate Pull out Bond Test is proposed here as an alternative to the axial compression test of concrete. Well known and operated since the very beginning of reinforced concrete, this test gives the bond strength between concrete and reinforcement. The compressive strength of concrete has been shown to be closely related to the bond strength. This correlation may be used to check the strength of concrete from the results given by the bond test. This idea, applied in different places, with different concretes and deformed bars, in very severe technical conditions, gave results which fit with the correlation laws. Such a bond test could be qualified to become a test to assess the reinforced concrete strength.

Keywords: bond stress, concrete compressive strength, quality control of concrete, pull-out test

O controle de qualidade do concreto estrutural vem sendo realizado, há várias décadas, baseado principalmente nos resultados de ensaios de compressão axial. Este tipo de ensaio, embora amplamente utilizado, não está isento de erros e tem algumas desvantagens consideráveis que podem afetar sua confiabilidade, tais como a necessidade de condicionamento adequado e cuidadoso dos corpos-de-prova e de adoção de adequadas técnicas de nivelamento e capeamento. Por estas razões, seria útil ter maneiras complementares ou alternativas para verificar a resistência à compressão, a fim de melhorar o processo de controle de qualidade do concreto. O uso de um ensaio de arrancamento para monitorar a resistência do concreto está sendo proposto por um consósrcio internacional de pesquisadores da França, Tunísia e Brasil como um meio potencial de atingir essa meta. Dado que a existência de uma relação direta entre a tensão de aderência e a resistência do concreto já está bem estabelecida, este tipo de teste parece ser uma alternativa viável aos métodos tradicionais. No entanto, para verificar se o princípio subjacente é valido quando usado em diferentes circunstâncias, o grupo tem buscado recolher dados de vários estudos, realizados por diferentes pesquisadores, em diversos países, com concretos e barras de armadura de distintos tipos. Uma análise dos dados coletados confirma que há uma correlação clara e um forte vínculo entre a tensão de aderência e a resistência à compressão, independentemente da influência de outras variáveis. Esses resultados validam a idéia básica de usar um teste de Pull Out adequado (denominado APULOT) para avaliar a resistência do concreto. Se o princípio geral é válido para dados aleatórios obtidos em diferentes estudos, a definição de um procedimento de teste claro e
adequado provavelmente levará à redução erros experimentais e aumentará a estimativa da precisão obtidas por esse método

Palavras-chave: tensão de aderência, resistência à compressão do concreto, controle de qualidade do concreto, teste de pull-out.

This study describes the early-age behavior of high-strength concrete made with high initial strength cement and exposed to an environment with vibrations. A sequence of tests is presented which includes the molding of concrete specimens subjected to traffic vibrations, as well as a mechanical characterization and steel-concrete bonding tests. Results indicated that early age concrete specimens subjected to vibrations undergo losses in tensile strength and in their modulus of elasticity. Such reduction in stiffness may have a negative impact on structural serviceability and result in higher deflections. Thus, a reduction in tensile strength should be taken into account when designing rigid floors, given that tensile strength is a key factor which guarantees the system’s durability. The effect of vibration on early-age concrete and its effects on properties which influence the structural behavior of the system are discussed.

Keywords: mortar; concrete; rheology; slump test; yield stress.

Este artigo traz informações sobre o comportamento nas primeiras idades de um concreto de alta resistência, produzido com cimento de alta resistência inicial, lançado e adensado em ambientes submetidos a vibrações, como em obras de pontes de rodovias. Apresenta-se o programa experimental desenvolvido, descrevendo desde a moldagem dos corpos-de-prova, sob ação de vibrações similares às induzidas pelo tráfego, até os ensaios de caracterização mecânica e de aderência aço-concreto. Os resultados experimentais indicam que o concreto submetido à vibração nas primeiras idades pode sofrer perdas na resistência à tração e no módulo de elasticidade. A redução dessas propriedades pode comprometer a utilização da estrutura devido ao aparecimento de flechas e fissuras acima dos limites de norma. A redução da resistência à tração do concreto deve ser considerada, também, na aplicação de pavimentos rígidos, onde essa propriedade é fundamental para garantir a durabilidade do sistema. Não foi observada nenhuma redução na resistência à compressão ou na capacidade de aderência devido à introdução de vibrações nas primeiras idades do concreto.

Palavras-chave: concreto de alta resistência, efeito de vibração induzida pelo tráfego, ensaios de caracterização mecânica, aderência açoconcreto; teste de arrancamento.

The structural systems with waffle flat slabs are the most used in Brazil when the main exigency are flexible "layouts" and long spans with reasonable economy. However, few studies have been developed in Brazil regarding the behavior of these slabs when the flexural resistance is satisfactory and the shear in the ribs and punching resistances become competitive. This work shows the experimental analyses of 8 two-way reinforced concrete waffle flat slabs under centered load. The dimensions of the slabs were constant and same the 1,800 mm x 1.800 mm x 140 mm. The ribs presented 80 mm (height) for 50 mm (width) and the compression resistance of the concrete was of approximately 40 MPa. The experimental results were compared to the observed ones with those estimated by the Brazilian code NBR 6118:2003. It was verified that the resistance of the ribs is not satisfactorily estimated by the code, underestimating the results too much for the ribs with and without shear reinforcement.

Keywords: reinforced concrete, waffle slab, flat slab, shearing, punching.

Os sistemas estruturais com lajes lisas nervuradas são os mais utilizados no Brasil quando a exigência principal é a disponibilidade de “layouts” flexíveis e grandes vãos com razoável economia. Entretanto, poucos estudos foram realizados no Brasil considerando o comportamento destas lajes quando a resistência à flexão é satisfatória e as resistências ao cisalhamento nas nervuras e ao puncionamento tornam-se concorrentes.
Este trabalho traz as análises experimentais de 8 lajes lisas nervuradas bidirecionais de concreto armado sujeitas a carregamento centrado. As dimensões das lajes foram constantes e iguais a 1.800 mm x 1.800 mm x 140 mm. As nervuras apresentaram 80 mm de altura por 50 mm de base e a resistência do concreto à compressão foi de aproximadamente 40 MPa. Os resultados foram comparados aos estimados pela norma brasileira NBR 6118:2003 [1]. Verificou-se que a resistência das nervuras não é satisfatoriamente estimada pela norma, subestimando demasiadamente os resultados para as nervuras sem e com armadura de cisalhamento

Palavras-chave: concreto armado, laje nervurada, laje lisa, cisalhamento, punçã

The foundry sand waste (FSW) derives from moulds used in the metallurgical industries. The present experimental study was developed to evaluate the influence of the use of FSW on concrete properties. The mixtures were produced with cement CPV-ARI-RS, water reducing admixture, FSW, natural and crushed aggregates. The properties on the fresh state were evaluated by means of flow table test and the determination of the air content. On the hardened state, compressive strength tests were performed. The initial results show that the use of FSW leads to an increase in the air content and cracking, caused by expansive reactions. As a result of that, a reduction in the compressive strength was noticed. In order to define the origin of the presented trends, a complementary study was developed using FSW with different compositions. However, regardless the composition of the FSW, the obtained results present trends which are similar to the ones observed previously. Finally, considering the materials herein used, the addition of FSW in concrete is considered inadequate because this leads to a decrease not only in the compressive strength, but also in the durability of the material.

Keywords: residues, foundry sand waste, expansive reaction

A areia de fundição residual (AFR) consiste em um resíduo arenoso proveniente dos moldes utilizados no processo de fundição de metais. O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar a influência do uso da AFR nas propriedades concreto. Para tanto, utilizou-se cimento CPV-ARI RS, aditivo plastificante, AFR e areias fina, média natural e de britagem. As propriedades no estado fresco foram avaliadas através da determinação da consistência e teor de ar incorporado. No estado endurecido avaliou-se a resistência à compressão axial. Os resultados indicaram que o uso da AFR resulta no aumento do teor de ar incorporado, fissuração por reações expansivas e conseqüente redução de resistência.
Visando investigar a origem das tendências observadas, realizou-se um estudo complementar empregando AFR de diferentes composições. Todavia, independente da composição utilizada, os resultados indicaram tendência semelhante à observada anteriormente. Por fim, considerando os materiais empregados nesta pesquisa, conclui-se qu

Palavras-chave: areia de fundição residual, resíduos, reações expansiva

This paper presents a study of the strength (non)compliance of structural concretes produced in Brazil, and a study of the detrimental effects of non-compliance in reliability of short columns subject to axial compression. The investigation is based on experimental results of over two thousand concrete samples from different parts of Brazil. Results show that a significant part of these concretes do not reach the characteristic strength specified in design. As a consequence, these concretes should be considered non-compliant, and mitigation measures should be adopted (design revision, further testing, structural reinforcement, load restrictions and demolition/reconstruction). The study also investigates the impact of concrete strength non-compliance on the reliability of short columns subject to axial compression, when mitigation measures are not adopted. In reinforced concrete, short columns are the structural elements whose resistance most directly deppends on the compressive strength of concrete. In order to reflect different design conditions, three classes of concrete strength, five load ratios and three reinforcement ratios are considered. One consequence of concrete strength non-compliance is that the theoretical relation between mean and characteristic values of concrete strength cannot be employed in the reliability analysis. Using an equivalent relation, derived from the experimental results, it is shown that concrete strength non-compliance significantly reduces the reliability of short columns. These results stress the necessity of a rigorous control of concrete deliveries, and the importance of a rigorous control of the mitigation actions, in case of concrete strength non-compliance.

Keywords: non-compliance of concrete strength, concrete structures, structural safety, structural reliability, short columns, axial compression

Este artigo apresenta um estudo da (não-)conformidade dos concretos estruturais produzidos no Brasil, bem como do impacto da não-conformidade na redução da confiabilidade de pilares curtos submetidos a compressão simples. Esta investigação tem como base ensaios de resistência de mais de cinco mil corpos-de-prova de diferentes localidades do Brasil. Estes ensaios mostram que parte significativa dos concretos atualmente produzidos no Brasil não atingem a resistência característica (fck) especificada em projeto. Como resultado, estes concretos deveriam ser considerados não-conformes, e medidas de mitigação deveriam ser aplicadas. O trabalho investiga ainda o impacto da não-conformidade dos concretos produzidos no Brasil na confiabilidade de
pilares curtos de concreto armado submetidos a compressão simples, quando medidas de reforço e recuperação não são adotadas. Em concreto armado, pilares curtos são os elementos estruturais cuja resistência mais diretamente depende da resistência à compressão do concreto. Uma consequência da não-conformidade dos concretos é que a equação teórica de norma, que relaciona a resistência média com o valor característico especificado em projeto, não pode ser utilizada na análise de confiabilidade. Utilizando equação equivalente, determinada a partir dos resultados experimentais, verifica-se uma redução significativa da confiabilidade dos pilares curtos em função da não-conformidade dos concretos. Estes resultados reforçam a necessidade de um controle rigoroso no recebimento do concreto, bem como na fiscalização das medidas de mitigação no caso dos concretos não-conformes.

Palavras-chave: não-conformidade da resistência do concreto, estruturas de concreto, segurança das estruturas, confiabilidade das estruturas,
pilares curtos, compressão simples