Hydrated cement paste, composed for the most part by calcium silicate hydrate (C-S-H), is a fragile material with low tensile strength. It is also well known that the addition of silica fume to concrete increases its strength and, consequently, makes it more durable, though also more fragile. To produce more ductile C-S-H, one alternative is the synthesis of C-S-H/polymer nanocomposites or hybrids. The intercalation of organic molecules in C-S-H nanostructure and other cement hydrates can promote radical changes in their properties of all magnitudes, producing cement based materials with greater strength that are also more ductile. The main objective of this work was to study the possibility of intercalation of organic compounds within C-S-H nanostructure, aimed at the synthesis of nanocomposites with atypical properties. Thus, C-S-H gels were synthesized with various Ca/Si molar ratios using two synthesis methods (precipitation synthesis and pozzolanic synthesis), with or without the presence of polymers. The effect of poly-diallyldimethylammonium chloride (PDC - used as the basis for superplasticizers for concrete) was evaluated, indicated by the literature as capable of intercalating
between the C-S-H lamellae [1-5], and copolymer poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA), indicated by the literature as a modifier of C-S-H morphology [6,7]. The PDC polymer promoted alterations in C-S-H synthesis nanostructural bonding, influencing the interlayer distance and the type of bonding in the dreierketten and wollastonite chains. However, this modification was partial and occurred at rates that require further investigation, since they are probably influenced by the complex characteristics of formation, both by the type of bond and by the irregular and minimally crystalline formation of C-S-H.

Keywords: C-S-H, nanostructure, polymers.

O cimento hidratado, composto majoritariamente por C-S-H, é um material frágil com baixa resistência à tração. Sabe-se também que a adição de sílica ativa ao concreto torna-o mais resistente e, conseqüentemente, mais durável, mas, em contrapartida, ainda mais frágil. Para tornar o C-S-H mais dúctil, uma alternativa é a fabricação de nanocompósitos ou híbridos C-S-H/polímero. A intercalação de moléculas orgânicas na nanoestrutura do C-S-H e de outros hidratos do cimento pode ocasionar mudanças radicais das propriedades em todas as ordens de grandeza, produzindo produtos cimentícios mais resistentes e também mais dúcteis. O principal objetivo deste trabalho é avaliar a possibilidade de intercalação de compostos orgânicos na nanoestrutura do silicato de cálcio hidratado (C-S-H), principal composto de hidratação do cimento Portland, visando a formação de nanocompósitos com propriedades diferenciadas. Para isso, foram sintetizados géis de C-S-H com varias relações molares Ca/Si a partir de dois métodos (síntese por precipitação e síntese
pozolânica); sem e com a presença de polímeros. Foram avaliados os efeitos do poli-cloreto de dialilmetilamonia (PDC-utilizado na fabricação de superplastificantes), apontado pela literatura como capaz de se intercalar no espaço interplanar do C-S-H [1,2,3,4,5], e do copolímero acetato de vinila/etileno (EVA), apontado pela literatura como modificador da morfologia do C-S-H [6,7]. O polímero de PDC propiciou alteração na ligação nanoestrutural do C-S-H de síntese, influenciando na distância interplanar e no tipo de ligação na região de dreierketten e wollastonita, porém esta modificação é parcial e em taxas que ainda devem ser investigadas, as quais são provavelmente influenciadas pelas características complexas de formação - quanto ao tipo de ligação - e pela formação aleatória e pouco cristalina do C-S-H.

Palavras-chave: C-S-H, nanoestrutura, polímero

This paper discusses the structural behavior of reinforced concrete beams subjected to cyclic loadings by numerical and experimental analysis. The main objective was to quantify the increase in deflections of the beams when subjected to repeated loading cycles.
Experimental tests with the application of cyclic and monotonic loading were carried out with reduced size beams. The numerical analysis utilized a simplified damage model that is part of the group denominated lumped dissipation models. This model takes into account the damage increase as a function of the increase in the number of cycles, enabling an evaluation of the stiffness loss due to repeated loads. The experimental results not only confirmed the effect of repeated loads on the stiffness loss of beams, but also demonstrated the important influence of the flexural reinforcement ratio on cyclic behavior. Comparisons between the experimental results and those obtained with the numerical model provided support for the potential of the damage model employed in the prediction of the increase of deflections caused by repeated cyclic loading.

Keywords: beams, reinforced concrete, cyclic loads, damage; stiffness loss.

O presente trabalho discute o comportamento estrutural de vigas de concreto armado submetidas a carregamentos cíclicos, através de análise numérica e experimental. O objetivo principal é quantificar o crescimento das flechas dessas vigas quando submetidas a ciclos de carga repetida. Foram realizados ensaios experimentais com vigas de tamanho reduzido, com aplicação de carregamento monotônico e cíclico. A análise numérica utiliza um modelo simplificado de dano que se enquadra nos denominados modelos de dissipação concentrada. O referido modelo leva em conta o acréscimo de dano em função do aumento do número de ciclos, podendo assim avaliar a perda de rigidez das vigas decorrente das ações repetidas. Os resultados experimentais confirmaram não somente o efeito das ações repetidas na perda de rigidez das vigas, mas também reforçam a importante influência da taxa de armadura de flexão no comportamento cíclico. Comparações entre os resultados experimentais e os obtidos com o modelo numérico forneceram indícios do potencial do modelo de dano empregado para a previsão do crescimento de flechas com o carregamento cíclico repetido.

Palavras-chave: vigas, concreto armado, ações cíclicas, dano, perda de rigidez.

This paper compares different models for predicting the compressive strength of concrete block masonry prisms. Four different prism configurations were studied experimentally, each of which was tested without grout (ungrouted prisms) and with grout and reinforcement (reinforced prisms). The axial compressive strength, strain and failure modes of all the prism configurations were recorded. These results were then compared with different theoretical models for predicting compressive strength, based on the individual strength of each material, its break strain and the strapping effect of the blocks on the system. Among the models studied here, the best results were obtained with those that consider the strapping effect of the concrete block, as well as a change in the break strain of grout.

Keywords: structural masonry, concrete blocks, prisms, compressive strength, models.

Neste trabalho faz-se a comparação entre diferentes modelos para se prever a resistência à compressão de prismas de alvenaria de blocos de concreto. Foram estudados experimentalmente quatro tipos diferentes de configurações de prismas, sendo cada um deles ensaiados vazios, ou seja, não grauteados, e preenchidos com graute mais armaduras, denominados prismas armados. Para todos os arranjos de prismas foram registradas as suas resistências à compressão axial, deformações e modos de ruptura. Posteriormente, esses resultados foram comparados com diferentes modelos teóricos de previsão de resistência, baseados nas resistências individuais de cada material, nas suas deformações de ruptura e no efeito de cintamento introduzido pelos blocos no sistema. Entre os modelos estudados, verificou-se que os que conduziram à melhores resultados foram aqueles em que foi considerado o efeito do cintamento proporcionado pelo bloco de concreto e, ainda, uma alteração na deformação de ruptura do graute.

Palavras-chave: alvenaria estrutural; blocos de concreto; prismas; resistência à compressão; modelos.

Concrete is the second most used material on the planet. Due to strong growth in emerging economies, there is an expectation of greater consumption of material in the coming years. Due to this growth, we can observe that the environment is being greatly damaged by the generation of waste. There are several sectors that generate these wastes, among them stands out the steel, the water treatment and the extraction of gravel as raw material for concrete producers. Therefore, this paper presents a study on the use of alternative solid waste as aggregates for the manufacture of concrete. The residues used are: sludge Water Treatment Station (WTS), Manufactured Sand and Steel Slag. For both concrete mixtures were used to replace all or part of the fractions of coarse aggregate (crushed) and fine aggregate (sand). This substitution was made in mass. To benchmark adopted a trait that is standard with the use of 100% of the constituents of concrete by concrete adopted in the region. The admisture corresponds to a standard adopted characteristic compression strength of 25 MPa and a water/cement ratio of 0,61. The concrete were analyzed for physical properties according to ABNT normes. The results of concrete tests made with artificial sand and steel slag show as efficient material for structural applications. However, the concrete with the addition of WTS can be used for non-structural, such as filling element in projects that require low resistance to compression. These data were statistically analyzed by ANOVA and the results indicate that with judicious use, waste studied here, may be alternative to the traditional use of aggregates for concrete manufacture.

Keywords: concrete, sludge from water treatment plant, artificial sand, steel slag, aggregates.

O concreto é o segundo material mais utilizado no planeta. Devido ao crescimento acentuado das economias emergentes, existe uma expectativa de consumo deste material ainda maior nos próximos anos. Em função deste crescimento, pode-se observar que o meio ambiente está sendo extremamente prejudicado com a geração de resíduos. Vários são os setores que geram estes resíduos, dentre estes, destacam-se os siderúrgicos, os de tratamento de água e o de extração de brita para matéria prima para as concreteiras. Sendo assim, este trabalho apresenta um estudo sobre a utilização de resíduos sólidos como agregados alternativos para a manufatura de concreto. Os resíduos utilizados são: Lodo de Estação de Tratamento de Água (LETA), Areia Artificial e Escória de Aciaria. Para tanto foram adotados traços de concreto com substituição total ou parcial das frações de agregados graúdos (brita) e miúdo (areia). Esta substituição foi feita em massa. Para parâmetro de comparação adotou-se um traço padrão com a utilização de 100% dos constituintes do concreto adotados pelas concreteiras da região. O traço padrão adotado corresponde a uma resistência característica a compressão de 25 MPa e uma relação água/cimento de 0,61. Os concretos foram caracterizados quanto às propriedades físicas segundo as normas da ABNT. Os resultados dos ensaios de concretos com os resíduos de areia artificial e escória de aciaria apresentaram-se como eficientes para aplicações estruturais. Porém, os concretos com adição de LETA podem ser utilizados para fins não estruturais, tal como, elemento de enchimento em projetos que exijam baixa resistência à compressão. Estes dados foram tratados estatisticamente, por meio da análise de variância ANOVA e os resultados indicam que, com a utilização criteriosa, os resíduos aqui estudados, podem ser alternativos à utilização dos agregados tradicionais para manufatura de concretos.

Palavras-chave: concreto, lodo de estação de tratamento de água, escoria de aciaria, areia artificial, agregados.

This research investigates the mechanical shear behavior of twelve reinforced concrete beams. The type of loading (normal or reverse), the presence or absence of steel fibers (30 kgf/m3 ), and the concrete compressive strength (40MPa, 60 MPa, or 80 MPa) were the mains test variables studied. The beams had nominally identical cross-sections, effective depths, and longitudinal and transverse reinforcements. The loads were increased at 10 kN intervals until shear failure occurred, defined by the yielding of the first stirrup. The ultimate shear loads observed in these tests were compared to three empirical and semi-empirical formulas proposed in the literature. Based on the test results it could be concluded that concrete compressive strength has no significant influence on the reduction of ultimate shear load caused by reverse loading. Reverse-loaded beams with fibers had approximately the same ultimate shear strength as concrete beams without fibers subjected to normal loading, regardless of the compressive strength of the concrete.

Keywords: steel fiber; reinforced concrete; beam; reverse loading; shear strength.

Este trabalho investiga o comportamento ao esforço cortante de doze vigas em concreto com adição de fibras de aço. As principais variáveis estudadas foram o tipo de carregamento (normal ou reverso), a presença ou a ausência de fibras de aço (30kgf/m³) e a resistência do concreto à compressão (40 MPa, 60 MPa, ou 80 MPa). As vigas apresentavam seção transversal, altura útil e armaduras longitudinais e transversais nominalmente idênticas. Uma carga concentrada, no meio do vão da viga, foi aplicada em intervalos de 10 kN até a ruptura por cisalhamento, definida pelo escoamento do primeiro estribo em solicitação. A carga última de cisalhamento observada nos testes foi comparada com três formulas empíricas, e semi-empiricas, propostas na literatura. Baseando-se nos resultados dos testes, concluiu-se que a resistência à compressão do concreto não tem influencia significativa na parcela de redução da carga ultima de cisalhamento, promovida pela reversão do carregamento. Vigas sujeitas ao carregamento reverso e com fibras apresentaram, aproximadamente, a mesma resistência última de cisalhamento que as vigas sem fibras sujeitas ao carregamento normal, independentemente da resistência do concreto à compressão.

Palavras-chave: fibras de aço; concreto armado; viga; carregamento reverso; resistência ao cisalhamento.

Dynamic structural analysis is increasingly important for civil structures. In this context, non-destructive tests are a promising tool, as they allow obtaining integrated and comprehensive information about structure stiffness and damping and, moreover, may be repeated and compared over time. The determination of the modulus of elasticity of concrete by way of its acoustic response represents an innovative methodology to obtain a design parameter which associated with the compressive strength, achieves the guidelines for the design of structural elements in plain, reinforced and prestressed concrete. Test results show that the use of acoustic response-based tools in the determination of resonance frequency yields values with differences of less than 1% from those obtained by more commonly used non-destructive methods.

Keywords: dynamic experimental analysis; non-destructive testing; acoustic response; dynamic modulus of elasticity.

A análise dinâmica de estruturas é cada vez mais relevante para estruturas civis. Nesse contexto, ensaios dinâmicos, de caráter não-destrutivo, são uma ferramenta promissora, pois permitem que sejam obtidas informações integradas e globais da estrutura a respeito da rigidez e do amortecimento e, além disso, podem ser repetidos e comparados ao longo do tempo. A resposta acústica é uma inovadora metodologia de ensaio não-destrutivo que visa a determinação do módulo de elasticidade do concreto, parâmetro que associado à resistência do concreto à compressão, configura-se como diretriz ao dimensionamento de elementos estruturais de concreto simples, armado ou protendido. Na comparação com metodologias usuais de ensaios não-destrutivos, os resultados demostraram que a utilização de ferramentas baseadas na resposta acústica apresentam diferença inferior a 1% na determinação da frequência de ressonância.

Palavras-chave: análise experimental dinâmica; ensaios não-destrutivos; resposta acústica; módulo de elasticidade dinâmico.

Nondestructive Testing (NDT) techniques are useful tools for analyzing reinforced concrete (RC) structures. The use of Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) measurements enables monitoring changes in some critical characteristics of concrete over the service life of a structure. Nonetheless, the current techniques for UPV data analysis are largely based on the sensitivity of the professionals who apply these tests. For accurate diagnosis it is necessary to consider the different factors and conditions that can affect the results. In order to properly control and inspect RC facilities it is essential to develop appropriate strategies to make the task of data interpretation easier and more accurate. This study is based on the idea that using Artificial Neural Networks (ANNs) is a feasible way to generate workable estimation models correlating concrete characteristics, density and compressive strength. The study shows that this goal is achievable and indicates that neural models perform better than traditional statistical models.

Keywords: artificial neural networks, nondestructive testing, concrete compressive strength estimate.

Os ensaios não destrutivos servem como uma importante ferramenta para a análise de estruturas de concreto armado. A utilização de ensaios de velocidade de propagação do pulso ultra-sônico (VPU) permite realizar um acompanhamento das características do material ao longo de sua vida útil. No entanto, as técnicas atuais para análise dos resultados coletados são, em grande parte, baseadas na sensibilidade dos profissionais que as aplicam. Para facilitar o controle e inspeção de estruturas de concreto armado é fundamental desenvolver estratégias para tornar esta análise mais simples e precisa. Este trabalho se baseou na hipótese de que a aplicação de Redes Neurais Artificiais (RNAs) pode gerar modelos de relacionamento úteis e acurados entre as características do concreto, sua compacidade e sua resistência à compressão. Os resultados indicam que as RNAs podem ser usadas para gerar métodos numéricos robustos e flexíveis para estimativa da resistência à compressão a partir de dados de VPU.

Palavras-chave: redes neurais artificiais, ensaios não destrutivos, estimativa da resistência do concreto.

Mathematical expressions from national codes show that concrete elastic modulus is a function of concrete compressive strength. But concrete, regarded as a three-phase composite material, has elastic properties directly affected by the interfacial transition zone (ITZ), which is characterized by its higher porosity in comparison to the cement paste. Micromechanical models such as the Mori-Tanaka and three-phase sphere may be applied with good results when used to analyze the concrete. This paper presents a study on the evolution of the concrete elastic modulus, this study is carried out by the application of normative expressions and micromechanics models. Compared to the experimental results, a good fitting of micromechanical modeling with ITZ included is observed. Additionally, the quality of the NBR 6118:2003 and CEB-90 expressions is confirmed.

Keywords: concrete, elastic modulus, normative expressions, micromechanic, interfacial transition zone.

Expressões presentes nas normas nacionais e internacionais relacionam o módulo de elasticidade do concreto com a resistência à compressão. O concreto, considerado como material compósito trifásico, tem suas propriedades elásticas diretamente influenciadas pela zona de transição (ITZ), a qual é caracterizada por sua maior porosidade em relação à pasta de cimento. Modelos de micromecânica como os de Mori-Tanaka e esfera de três fases podem ser aplicados com bons resultados quando utilizados para a análise do concreto. Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento evolutivo do módulo de elasticidade do concreto, tal estudo é feito mediante a aplicação das expressões normativas e de modelos de micromecânica. Comparado-se com os valores experimentais produzidos percebe-se uma boa concordância quando a modelagem micromecânica leva em conta a ITZ. Também é confirmada a qualidade das expressões da NBR 6118:2003 e do CEB-90.

Palavras-chave: concreto, módulo de elasticidade, expressões normativas, micromecânica, zona de transição.