This paper aims to present the experimental results involving the use of nanoindentation measurements and prediction of macroscale elastic properties of high performance cementitious composites (HPCC). The elastic properties of HPCC mixture were evaluated at different length scales by nanoindentation (microscale), and elastic moduli and compressive strength tests (macroscale). The nanoindentation results, obtained by grid indentation with subsequent phase deconvolution, were complemented by an independent porosimetry test and inserted into a two-step analytical homogenization scheme to predict the overall macroscale properties. The final results show that the presented method allows a reliable advanced prediction of HPCC elastic properties indicating, thus, that inserting nanotechnology in the concrete industry can be promising, since it would allow the production of a more predictable composite in an easier and less expensive way.

Keywords: nanoindentation, multiscale analysis, high performance cementitious composite

O presente trabalho visa apresentar os resultados experimentais envolvendo o uso de ensaios de nanoindetação na predição das propriedades elásticas de compósitos cimentícios de alta resistência (CCAR). As propriedades elásticas do CCAR foram avaliadas em diferentes escalas através de ensaios de nanoindetação (microescala), módulo de elasticidade e resistência à compressão (macroescala). Os resultados do ensaio de nanoindetação, obtidos mediante grelha de indentação seguido de decovolução de fase, foram complemetados com os resultados de ensaios independentes de porosimetria e inseridos em um método de homogenização de modo a predizer as propriedades elásticas do compósito avaliado. Os resultados obtidos permitem afirmar que o método utilizado permite uma predição realística das propriedades elásticas dos CCAR. Dessa forma, pode-se afirmar que a inserção da nanotecnologia no setor da construção civil é promissora, uma vez que esta possibilitaria a produção de um produto final mais previsível de um modo mais prático e econômico.

Palavras-chave: nanoindentação, análise multiescalar, compósitos cimentícios de elevada resistência.

This paper presents a study for improving measurement procedures on concrete dams based on the development of behavior prediction models using multiple regression and control charts. The series of displacements of the TA-2 concrete block crest of the Tucuruí Hydroelectric Power Plant, the largest Brazilian hydroelectric power plant, was taken as an example of application. The methodology that was used generated a behavior prediction model that is in good agreement with the measured displacements. Two types of control charts were tested, both of which identified the change in structural behavior of the block.

Keywords: concrete dams, prediction models, control charts, safety control.

Um estudo para a melhoria dos procedimentos de auscultação de barragens de concreto é apresentado neste trabalho a partir do desenvolvimento de modelos de previsão de comportamento baseados em regressão múltipla e gráficos de controle. Tomou-se como exemplo de aplicação a série histórica dos deslocamentos da crista do bloco de concreto TA-2 da UHE Tucuruí, maior usina hidroelétrica genuinamente brasileira. A metodologia apresentada foi capaz de gerar um modelo de previsão de comportamento aderente aos deslocamentos medidos. Dois tipos de gráficos de controle foram testados, onde ambos identificaram a mudança de comportamento estrutural do bloco.

Palavras-chave: barragens de concreto, modelos de previsão, gráficos de controle, auscultação.

There are many problems involving cases of destruction of buildings and other structures. The columns can deteriorate for several reasons such as the evolution and changing habits of the loads. The experimental phase of this work was based on a test involving nine reinforced concrete columns under combined bending and axial compression, at an initial eccentricity of 60 mm. Two columns were used as reference, one having the original dimensions of the column and the other, monolithic, had been cast along the thickness of the strengthened piece. The remaining columns received a 35 mm thick layer of self-compacting concrete on their compressed face. For the preparation of the interface between the two materials, this surface was scarified and furrowed and connectors were inserted onto the columns’ shear reinforcement in various positions and amounts.As connectors, 5 mm diameter steel bars were used (the same as for stirrups), bent in the shape of a “C” with 25 mm coatings. As a conclusion, not only the quantity, but mainly, the location of the connectors used in the link between substrate and reinforcement is crucial to increase strength and to change failure mode.

Keywords: sreinforced concrete, columns, self-compacting concrete, connectors, eccentric load.

Muitos são os problemas envolvendo casos de ruína de edifícios, pontes, entre outros, e especificamente ruína de pilares, que é um dos elos mais importantes do conjunto estrutural. Isto pode ocorrer por falha de projeto, de execução ou ainda, pela evolução e alteração de hábitos. Por isso tem sido de fundamental importância das pesquisas que abordam o comportamento experimental das estruturas. A etapa experimental deste trabalho baseou-se no teste de nove pilares de concreto armado ensaiados à flexo-compressão reta, com excentricidade inicial de 60 mm. Dois pilares foram usados como referência, sendo um com as dimensões originais do pilar e o outro, monolítico, concretado na espessura da peça reforçada. Os demais pilares receberam uma camada de 35 mm de espessura de concreto auto-adensável na face comprimida. Para preparo da zona de interface entre os dois materiais, procedeu-se com a escarificação e a realização de sulcos ao longo desta superfície, onde foram inseridos conectores ligados a armadura transversal do pilar, variando-se a posição e a quantidade dos mesmos. Pode-se concluir que não só a quantidade, mas principalmente, a localização dos conectores utilizados na ligação entre substrato e reforço, é imprescindível para um aumento de resistência e mudança do modo de ruptura.

Palavras-chave: concreto armado, pilares, concreto auto-adensável, conectores, carga excêntrica.

This study deals with the reduction of the stiffness in precast concrete structural elements of multi-storey buildings to analyze global stability. Having reviewed the technical literature, this paper present indications of stiffness reduction in different codes, standards, and recommendations and compare these to the values found in the present study. The structural model analyzed in this study was constructed with finite elements using ANSYS® software. Physical Non-Linearity (PNL) was considered in relation to the diagrams M x N x 1/r, and Geometric Non-Linearity (GNL) was calculated following the Newton-Raphson method. Using a typical precast concrete structure with multiple floors and a semi-rigid beam-to-column connection, expressions for a stiffness reduction coefficient are presented. The main conclusions of the study are as follows: the reduction coefficients obtained from the diagram M x N x 1/r differ from standards that use a simplified consideration of PNL; the stiffness reduction coefficient for columns in the arrangements analyzed were approximately 0.5 to 0.6; and the variation of values found for stiffness reduction coefficient in concrete beams, which were subjected to the effects of creep with linear coefficients from 0 to 3, ranged from 0.45 to 0.2 for positive bending moments and 0.3 to 0.2 for negative bending moments.

Keywords: precast concrete, physical non-linearity, global stability, M x n x 1/r diagrams.

No presente trabalho investiga-se a redução da rigidez de elementos estruturais de concreto pré-moldado de edifícios de múltiplos pavimentos para a análise da estabilidade global. Apresentam-se as indicações da redução de rigidez de diferentes códigos, normas e recomendações de associações encontradas na literatura técnica, para servir de comparação com os valores encontrados no estudo. O modelo estrutural analisado foi construído em elementos finitos com o auxílio do software ANSYS® . A não-linearidade física (NLF) foi considerada com as relações dos diagramas M x N x 1/r e a não-linearidade geométrica (NLG) segundo o método de Newton-Raphson. Tomando como base uma estrutura típica de concreto pré-moldado de múltiplos pavimentos com ligação viga x pilar de comportamento semi-rígido, são apresentadas expressões para o coeficiente redutor de rigidez. As principais conclusões do estudo desenvolvido são: os coeficientes redutores obtidos segundo o diagrama M x N x 1/r divergem das indicações normativas para consideração simplificada da NLF; o coeficiente redutor de rigidez para os pilares dos arranjos analisados foi da ordem de 0,5 a 0,6; a variação dos valores encontrados para os coeficientes redutores de rigidez nas vigas em concreto armado submetidos aos efeitos da fluência pelo coeficiente linear de 0 a 3 foi de 0,45 a 0,2 para momento positivo e de 0,3 a 0,2 para momento negativo.

Palavras-chave: concreto pré-moldado, não-linearidade física, estabilidade global, diagramas M x n x 1/r.

Different FPR post-strengthening techniques have been developed and applied in existing structures aiming to increase their load capacity. Most of the FRP systems used nowadays consist of carbon fibers embedded in epoxy matrices (CFRP). Regardless of the advantages and the good results shown by the CFRP post-strengthen technique, experimental studies show that, in most cases, the failure of post-strengthened structures is premature. Aiming to better use the tensile strength of the carbon fiber strips used as post-strengthening material, the application of prestressed CFRP strips started to be investigated. The main purpose of this paper is to analyze the effects of the composite prestressing in the performance of the CFRP post strengthening technique. The experimental program was based on flexural tests on post-strengthened reinforced concrete beams subjected to static – part 1 and cyclic – part 2 loading. Experimental results allowed the analysis of the quality and shortcomings of post-strengthen system studied, which resulted in valuable considerations about the analyzed post-strengthened beams.

Keywords: prestressing, FRP, strips, carbon fiber, concrete structures, fatigue.

Diferentes técnicas de reforço que utilizam sistemas PRF formados com fibras de carbono envolvidas em matriz epoxídica (PRFC) têm sido aplicadas em todo o mundo em estruturas que necessitam aumentar recuperar sua capacidade resistente. Apesar dos bons resultados obtidos e das vantagens associadas a estas técnicas, estudos experimentais mostram que a ruptura das estruturas reforçadas freqüentemente acontece de forma prematura, sem o esgotamento da capacidade resistente do PRFC. Recentemente, a utilização de PRFC protendidos começou a ser investigada, visando a um melhor aproveitamento da resistência à tração dos laminados de fibra de carbono. Dentro deste propósito, este artigo busca analisar a eficiência da técnica de protensão de compósitos laminados, através da realização de ensaios à flexão com carregamento estático – parte 1 e cíclico – parte 2. Os resultados obtidos possibilitaram a análise das qualidades e fraquezas do sistema de reforço estudado, permitindo a obtenção de considerações relevantes sobre as estruturas reforçadas estudadas.

Palavras-chave: protensão, PRF, laminados, fibra de carbono, estruturas de concreto, fadiga.

This study presents a methodology for evaluating shotcrete compressive strength. Because of the high surface roughness and low thickness of the concrete layer observed in shotcrete structures, the proposed methodology is based on the probe penetration test. In a first phase, the variability of the probe penetration test was investigated to define the number of tests that are required to characterise the test correlation curve. Then, a procedure that can be applied to define the correlation curve was described. This procedure includes the moulding of shotcrete plates in loco, the control of the discharge energy of the pins, the extraction of the plates’ samples to determine the concrete compressive strength, and statistical analysis. With the test correlation curve, an evaluation of the structure and data analysis can be performed. To verify the applicability of the proposed methodology, the structure of a shotcrete tunnel in a small hydropower plant was investigated. In the analysed structure, strength results that were non-compliant with the project specifications and a lack of concrete homogeneity were observed. Since the analysed methodology allowed for the characterisation of the considered structure conditions, the proposed solution is adequate for evaluating the compression strength of shotcrete structures.

Keywords: non-destructive testing, shotcrete, probe penetration test.

Este trabalho visa apresentar uma metodologia de avaliação da resistência à compressão de concreto projetado. Em função da elevada rugosidade superficial e da baixa espessura da camada de concreto, observada em estruturas de concreto projetado, a metodologia proposta tem por base o ensaio de penetração de pinos. Em uma primeira etapa, a variabilidade do ensaio de penetração de pinos foi investigada de modo a definir a quantidade de ensaios necessários para a definição da curva de correlação do ensaio. Em seguida, o procedimento empregado na definição da curva de correlação foi definido. Tal procedimento inclui a moldagem de placas de concreto projetado in loco; o controle da energia de disparo dos pinos; a extração de testemunhos das placas para determinação da resistência à compressão do concreto; e a análise estatística dos dados. De posse da curva de correlação do ensaio, procede-se com a avaliação da estrutura e análise dos dados. De modo a verificar a aplicabilidade da metodologia proposta, a estrutura de concreto projetado de um túnel em uma Pequena Usina Hidrelétrica foi investigada. Na estrutra em questão, foram observados resultados de resistência não-conformes com as especificações de projeto e indícios de falta de homogeneidade do concreto. Uma vez que a metodologia em questão possibilitou a caracterização das condições da estrutura avaliada, pode-se afirmar que a solução proposta neste trabalho é adequada para a avaliação da resistência à compressão de estruturas de concreto projetado.

Palavras-chave: ensaios não destrutivos, concreto projetado, ensaio de penetração de pinos.

Most of the Brazilian bridges of federal road network are made of reinforced concrete and are more than 30 years old, with little information about the mechanical properties of their constitutive materials. Along the service life of these bridges much modification occurred on vehicles load and geometry and in design standard. Many of them show signs of concrete and steel deterioration and their stability conditions are unknown. With the aim of contributing to the structural evaluation of reinforced concrete bridges it was decided to analyze the stresses in reinforced concrete bridge sections to verify the effects due to reinforcement corrosion and variation of the concrete Young modulus on the stress distribution regarding several load patterns and cracking effects in a representative bridge of the Brazilian road network with different longitudinal reinforcement taxes and two concrete Young modulus, Ec and 0.5Ec, and with different percentage of reinforcement corrosion. The analysis considered two finite element models: frame and shell elements as well as solid elements. The results indicate that these variation effects are more significant in reinforcement bars than in concrete.

Keywords: concrete bridges; reinforcement corrosion; stresses distribution.

A maioria das pontes da malha de rodovias federais brasileiras é de concreto armado e tem idade superior a 30 anos, sendo escassas as informações sobre seus materiais constituintes e suas características mecânicas. Ao longo da vida útil dessas pontes ocorreram alterações de capacidade de carga e geometria dos veículos da frota circulante e alterações dos trens-tipo para o dimensionamento dessas estruturas. Muitas delas apresentam sinais perceptíveis de deterioração, tanto do concreto quanto da armadura, e não se conhece o grau de comprometimento dessas estruturas. Este trabalho pretende contribuir para a avaliação estrutural das pontes de concreto armado através da análise da variação da distribuição de tensões no concreto e na armadura, decorrentes da variação do módulo de elasticidade do concreto e da redução da taxa geométrica de armadura longitudinal por corrosão, em uma ponte representativa do estoque de pontes existentes. A análise foi feita com a utilização de dois modelos em elementos finitos, um com elementos de barras e cascas e outro com elementos sólidos, nos quais foram simuladas variações no módulo de elasticidade do concreto e diferentes condições de corrosão da armadura longitudinal das longarinas. Os resultados obtidos indicam que os efeitos da variação do módulo de elasticidade do concreto e da taxa geométrica de armadura são mais significativos nas tensões na armadura que no concreto.

Palavras-chave: pontes de concreto; corrosão da armadura; distribuição de tensões