The reduction of binder content in cementitious systems is an effective way to mitigate environmental impacts without increasing costs. The main purpose of this study is to evaluate the effect of content binder on bond strength of mortar-brick interface. For thus, it was studied mortars produced with two limestone fines with different particle size distribution. The limestone fines were added at rates of 0% to 60% at increments of 15% as partial volume replacement of binder. Mortars were prepared in proportion of 1:3 (binder + limestone: sand) in volume. The water content was kept constant and equal to 18% in relation to total weight of solids. The mechanical property of mortars was evaluated by tensile strength and the performance of interface by bond strength tests at 14 days. Results indicate that is possible make mortars with 45% less than binder without reducing bond strength. Thus, the use of appropriate particles of limestone can produce more environmentally friendly concrete and rendering mortars by reducing its binder factor without affecting its performance.

Keywords: limestone; binder content; bond strength; mortars.

O efeito do teor de ligante na resistência de aderência da interface argamassa-substrato foi estudado em argamassas produzidas com dois finos calcários com distribuições granulométricas diferentes. Os finos calcários foram adicionados em teores de 0% a 60% em taxas de incrementos de 15% em substituição ao volume de ligante. As argamassas foram preparadas na proporção de 25 partes de finos (ligante+calcário); 75 partes de areia de origem granítica, em volume. O teor de água foi mantido constante e igual a 18% em relação à massa total de sólidos. O desempenho mecânico das argamassas foi avaliado pela resistência à tração por compressão diametral e o da interface pela resistência de aderência à tração, ambos aos 14 dias. Os resultados indicaram que possível produzir argamassas com substituição de 30% do ligante por fino calcário sem reduzir a resistência de aderência. A otimização da distribuição granulométrica das partículas pode, além de reduzir o teor de ligantes da argamassa, melhorar a resistência à tração por compressão diametral pela redução do efeito de diluição. Assim, o uso de finos calcários com granulometria adequada pode contribuir para a produção de concretos e argamassas com menor teor de ligante aumentando a ecoeficiência dos sistemas sem comprometer o desempenho.

Palavras-chave: calcário; teor de ligante; resistência de aderência; argamassas.

Strengthening of reinforced concrete columns by jacketing is one of the most common structural rehabilitation techniques in Brazil. For adequate performance, it is necessary, among others, to avoid detachment of the new concrete layer (strengthening material) from the old concrete substrate when the strengthened member is again in service conditions. This paper describes the test results of eight reinforced concrete rectangular columns subjected to combined compression and one-axis bending to evaluate the efficiency of using sleeve wedge bolts across the new concrete/old concrete interface to avoid detachment. The strengthening technique, in this case, consists of adding a layer of self-compacting concrete to one face of the column. Two columns tested were monolithic and named PO (original column) e PR (reference column). The other six columns were strengthened using a new 35 mm thick self-compacting concrete layer attached to the column face subjected to highest compressive stresses. Column PO had a 120mm by 250 mm rectangular cross section and its results gave information about column behavior without the use of strengthening. Column PR had a 155mm by 250 mm rectangular cross section and its cross section dimensions matched the strengthened columns but it was cast monolithically. To improve bond conditions between the existing concrete and the new concrete, the concrete surface was roughened and the outermost aggregate was exposed using hydro jetting. Holes along the concrete surface were made to insert the wedge bolts responsible for increasing the bond between the two concrete surfaces. The difference among the six strengthened columns was the position and amount of bolts used. Results indicate that the position and amount of the bolts alters significantly the strength capacity of the columns, since premature rupture by concrete detachment was delayed.

Keywords: column, reinforcement, wedge bolts, bending, compression, bond.

Para que um elemento estrutural reforçado por encamisamento tenha um desempenho satisfatório é necessário garantir a transferência de esforços na região da junta do concreto antigo (substrato) com o concreto do reforço. O desplacamento entre o concreto adicionado (material do reforço) e o concreto antigo deve ser evitado quando a peça reabilitada é colocada novamente em serviço. Foram ensaiados oito pilares de concreto armado, submetidos à flexo-compressão reta, reforçados com concreto auto adensável e chumbadores metálicos cruzando a interface de ligação entre os concretos moldados em idades distintas, para evitar o desplacamento entre estes materiais. Dos oito pilares ensaiados, dois eram referências e foram denominados de PO (pilar original) e PR. (pilar referência). Os outros seis foram reforçados acrescentando-se uma camada de concreto auto adensável de 35 mm à face comprimida. O pilar PO, tinha seção transversal de 120 x 250 mm, e forneceu informações sobre o comportamento da peça antes da execução do reforço. O pilar PR tinha seção transversal de 155 x 250 mm, e forneceu informações sobre o comportamento de uma peça monolítica de seção idêntica a dos pilares após o reforço. Para executar o reforço, inicialmente escarificou- -se, por hidrojateamento, a zona de interface a ser formada pelo contato entre o concreto do reforço e do substrato. Posteriormente, fizeram-se furos ao longo desta superfície, onde foram inseridos os chumbadores mecânicos responsáveis por aumentar a aderência entre os concretos. A diferença entre os seis pilares reforçados consistia justamente na variação da posição e da quantidade dos chumbadores usados em cada peça. Os resultados obtidos indicaram que a quantidade e a posição destes chumbadores interferiram significativamente na capacidade portante dos pilares reforçados, pois retardavam a ocorrência de uma ruptura prematura por desplacamento entre os concretos do reforço e do substrato.

Palavras-chave: pilar, reforço, chumbadores, deslocamentos e deformações.

The sector of ornamental rocks produces significant volume of waste during the sawing of the blocks and demand to find ways to recycle, given its environmental impact. Considering the possibilities of use of industrial by-products as mineral admixtures, aiming at sustainable development in the construction industry, this paper aims to study the performance of the processing sludge of ornamental rocks and grinding after heat treatment, based on their potential application as partial substitute for cement. The residue was characterized, cast and milled to produce glassy material. Was analyzed the mechanical performance and pozzolanic activity with partial replacement of cement by waste in natural condition and after heat treatment in mortars for comparison. The results were promising, so it was possible to verify that after heat treatment, the treated waste is presented as a material with pozzolanic characteristics.

Keywords: heat treatment, pozzolanicity, sludge, waste, ornamental rocks.

O setor de rochas ornamentais produz volume significativo de resíduo durante a serragem dos blocos e demanda encontrar formas de reciclagem, dado seu impacto ambiental. Considerando as possibilidades de utilização de subprodutos industriais como adições minerais, visando o desenvolvimento sustentável na construção civil, este artigo tem por objetivo estudar o desempenho da lama do beneficiamento de rochas ornamentais após tratamento térmico e moagem, baseando-se no seu potencial de aplicação como substituto parcial do cimento. O resíduo foi caracterizado, fundido e moído para produção de material vítreo. Analisou-se o desempenho mecânico e a atividade pozolânica com substituição parcial do cimento pelo resíduo na condição natural e após tratamento térmico em argamassas para comparação. Os resultados foram promissores, tendo sido possível verificar que após tratamento térmico, o resíduo tratado se apresentou como um material com características de pozolanicidade.

Palavras-chave: tratamento térmico, pozolanicidade, lama, resíduos, rochas ornamentais.

New live load models for highway bridge design in Brazil are under development by assembling real traffic database, traffic simulations, analyticalnumerical modeling of the dynamic interaction between vehicle and structure and statistical extrapolations. This paper presents and discusses the results obtained in the first stages of this work which includes the comparison between the static effects due to the actual traffic of heavy vehicles and those generated by the live load model given in the current national code NBR 7188. It is demonstrated that this live load model is not appropriate to represent the actual traffic effects and may be, in some cases, non-conservative. The present work deals with short span bridges for two lanes single carriageway under free flow traffic scenarios. The representative static effects in these bridges due to the actual traffic of heavy vehicles are obtained by extrapolating its probability density functions to a certain return period. To this purpose, a traffic database was constructed by gathering data from several weighing stations in Brazilian highways which was then applied to perform traffic simulations through a specially developed computational tool.

Keywords: highway bridges, live load models, heavy traffic database, traffic simulation.

Novos modelos de cargas móveis para o projeto de pontes rodoviárias no Brasil estão em desenvolvimento com a montagem de um banco de dados de tráfego real, simulações de tráfego, modelagem analítico-numérica da interação dinâmica veículo-estrutura e extrapolações. Este artigo apresenta e discute os resultados obtidos nas primeiras etapas deste trabalho, incluindo a comparação entre os efeitos estáticos devido ao tráfego dos veículos comerciais reais e aqueles gerados pelo modelo de cargas da NBR 7188. Demonstra-se que este modelo de cargas não é adequado para representar as solicitações reais e pode estar, em alguns casos, contra a segurança. São consideradas pontes de pequenos vãos com pista simples e duas faixas de rolamento em cenários de tráfego livre. Os esforços estáticos representativos nessas pontes devido ao tráfego real dos veículos comerciais são obtidos extrapolando as suas funções densidade de probabilidade a um determinado período de retorno. Para tal, uma base de dados de trânsito foi construída através da coleta de dados em alguns postos de pesagem de rodovias federais brasileiras, os quais foram aplicados para executar simulações de tráfego através de uma ferramenta computacional especialmente desenvolvida para esta finalidade.

Palavras-chave: pontes rodoviárias, modelos de cargas móveis, base de dados de tráfego pesado, simulação de tráfego.

Abstract

The Carajás railway is operated by Vale SA and is used to transport the Brazilian production of iron ore mine located in the state of Pará until Itaqui harbor in Maranhão state. With 892 km in length, the railway will be doubled due to the prospect of increased production, which requires verification of the structures of bridges to ensure safety under loading up to 23% larger. The railway bridge in reinforced concrete has five hyperstatic spans with 25 m long and was built over Sororó river in the southeast of Pará. To better evaluate its structural performance under current loadings, several structural elements were monitored with strain gages and the concrete was characterized by non-destructive and destructive testing on the structure. This information was used in a computer model to estimate the future structural behavior. The methodology was satisfactory as the estimated structural performance for future loadings, meeting the recommendations of the Brazilian technical standards.

Keywords: concrete structures, bridge, railroad.

A ferrovia Carajás é operada pela Vale SA e é utilizada para transportar a produção brasileira de minério de ferro da mina localizada no estado do Pará até o porto de Itaqui no estado do Maranhão. Com 892 km de comprimento, a ferrovia será duplicada devido à perspectiva de aumento da produção, o que requer a verificação das estruturas de suas pontes visando garantir a segurança sob carregamento até 23% maior que o atual. A ponte ferroviária em concreto armado apresenta cinco vãos hiperestáticos com 25 m de comprimento cada e foi construída sobre o rio Sororó, na região sudeste do Estado do Pará. Para melhor avaliar seu desempenho estrutural sob carregamentos atuais, diversos elementos estruturais foram monitorados com extensômetros elétricos de resistência e o concreto foi caracterizado através de ensaios não destrutivos e destrutivos na estrutura. Estas informações foram empregadas em um modelo computacional para auxiliar na estimativa do comportamento estrutural futuro. A metodologia mostrou-se satisfatória, assim como o desempenho estimado da estrutura para os futuros carregamentos, atendendo às recomendações das normas técnicas brasileiras.

Palavras-chave: estruturas de concreto, ponte ferroviária, estrada de ferro.

Abstract

Although several advantages – either constructive or architectural - are assigned to flat slabs, the continuity between consecutive spans in multifloor buildings may turn slab-column connections into a critical region, due to the limited contact between both elements. When transferring moments caused by horizontal and/or vertical eccentric loads are present, these effects are even more pronounced on external panels. Specific studies on the effects of outward eccentricities are still rather scarce, although it is recognized that the codes, in general, are concerned with eventually meeting all potential cases, seeking to improve safety structural performance. Some current recommendations are based on considerable extrapolations, whose theory was originally developed for cases of asymmetric loading at internal connections and need to be consolidated with specific test data. Thus, to investigate the structural behaviour of slabs-edge columns connections, four specimens were tested, reproducing a 2,350 mm x 1,700 mm portion of a 180 mm thick reinforced concrete slab adjacent to a 300 mm x 300 mm cross section squared edge column, with a projection at the base for the imposition of eccentricities. The position of the support under the column has determined the eccentricity, defining in physical terms the interaction between bending moment and shear force, as follows: 300 mm (inward), centred (reference) and 300 mm and 400 mm (outward). Experimental results allowed to comparatively assess the performance of the specimens relating the strain measurements in steel and concrete, vertical displacements, rotations, failure mode and ultimate loads of the slabs. Results indicate that the influence of transferring moments on failure modes is much more pronounced than the shear action in the case of edge connections subjected to outward eccentricities.

Keywords: flat slabs, edge column, eccentricity, punching shear, reinforced concrete.

Embora diversas vantagens – construtivas e/ou arquitetônicas – lhe sejam atribuídas, a continuidade entre vãos consecutivos de lajes lisas adotadas em projetos multipavimentos faz da ligação laje-pilar uma região crítica, dada a reduzida seção de contato entre os dois elementos. Com a transmissão de momentos devido à adição de carregamentos horizontais e/ou verticais excêntricos, esses efeitos são ainda mais pronunciados em painéis externos. Estudos específicos sobre os efeitos de excentricidades externas ainda são bastante escassos, embora se reconheça a preocupação das normas, em geral, estarem aptas a atender eventualmente todos os potenciais casos conexos, visando um desempenho estrutural seguro. Para o caso de ligações de borda, algumas das recomendações existentes são baseadas em extrapolações bastante consideráveis, cuja teoria foi originalmente desenvolvida para os casos de carregamento assimétrico em ligações internas e precisam ser consolidadas com dados experimentais específicos. Assim, para investigar o comportamento estrutural das ligações entre a laje e o pilar de borda foram ensaiados quatro specimenos individuais que reproduziram uma porção de laje de 2.350 x 1.700 mm de um pavimento de concreto armado com 180 mm de espessura em torno do pilar de borda quadrado de seção transversal 300 mm x 300 mm, dotado de uma projeção para imposição das excentricidades. A posição do apoio sob o pilar determinou a excentricidade em termos físicos, variável estudada que definiu a interação M/V, a saber: 300 mm (interna), centrada (referência) e 300 mm e 400 mm (externa). Os ensaios experimentais possibilitaram avaliar comparativamente o comportamento dos specimenos quanto às medições de deformações no aço e no concreto, deslocamentos verticais, rotações, modo de ruptura e cargas últimas das lajes. Os resultados indicam que a influência da transferência dos momentos nos modos de ruptura das lajes é muito mais pronunciada que ação do cisalhamento nos casos de ligações de borda submetidas a excentricidades externas.

Palavras-chave: lajes lisas, pilar de borda, excentricidade, punção, concreto armado.

Abstract

The use of prestressed concrete flat slabs in buildings has been increasing in recent years in the Brazilian market. Since the implementation of tall and slender buildings a trend in civil engineering and architecture fields, arises from the use of prestressed slabs a difficulty in ensuring the overall stability of a building without beams. In order to evaluate the efficiency of the main bracing systems used in this type of building, namely pillars in formed “U” in elevator shafts and stairs, and pillars in which the lengths are significantly larger than their widths, was elaborated a computational models of fictional buildings, which were processed and analyzed using the software CAD/TQS. From the variation of parameters such as: geometry of the pillars, thick slabs, characteristic strength of the concrete, reduceofthe coefficient of inertia for consideration of non-linearities of the physical elements, stiffness of the connections between slabs and pillars, among others, to analyze the influence of these variables on the overall stability of the building from the facing of instability parameter Gama Z, under Brazilian standard NBR 6118, in addition to performing the processing of building using the P-Delta iterative calculation method for the same purpose.

Keywords: global stability, analysis of 2nd order, Gama Z, P-Delta, prestressed slabs.

A utilização de lajes planas de concreto protendido em edificações vem crescendo muito nos últimos anos no mercado brasileiro. Sendo a execução de edificações cada vez mais altas e esbeltas uma tendência na engenharia civil e arquitetura, surge a partir do uso das lajes protendidas uma dificuldade em se garantir a estabilidade global de uma edificação sem vigas. A fim de se avaliar a eficiência dos principais sistemas de contraventamento utilizados neste tipo de edificação, a saber, pilares em formado de “U” e pilares-paredes, elaborou-se modelos computacionais de edifíciosfictícios, que foram processados e analisados no programa comercial CAD/TQS. A partir da variação de parâmetros de modelagem tais como: geometria dos pilares, espessura das lajes, coeficiente redutor de inércia para consideração das não-linearidades físicas dos elementos, rigidez das ligações entre lajes e pilares, entre outros, buscou-se analisar a influência de tais variáveis na estabilidade global da edificação a partir do parâmetro de instabilidade gama Z, previsto na norma brasileira ABNT NBR 6118 [1].

Palavras-chave: estabilidade global, análise de 2° ordem, Gama Z, P-Delta, lajes protendidas.

Abstract

Waffle slab structures simulated by computational model are generally analyzed by simplified methods, for both the section geometry (converting into solid slabs or grids) and for the material mechanical properties (linear elastic regime). Results obtained by those studies show large differences when compared with test results, even at low loading levels. This is mainly due to lack of consideration of the eccentricity between the axis of the ribs and the cover, as well as the simplification of the mechanical behavior of concrete tensile strength. The so called more realistic numerical models do consider the effect of the eccentricity between the axis of the cover and ribs. One may also introduce physical nonlinearity of reinforced concrete in these models, obtaining results closer to tests. The objective of this work is to establish a numerical model for the typical section of waffle slabs given the recommendationslisted above. Such model considers the eccentricity between the axis of the ribs and the cover, the physical nonlinearity of concrete in compression and the concrete contribution between cracks (tension stiffening) through a smeared crack model. The finite element program SAP2000 version 16 is used for the non-linear analysis. The area element discretization uses the Shell Layered element along the thickness of layers, allowing for the heterogeneous material behavior of the reinforced concrete. The numerical model was validated comparing results with tests in slabs and, eventually, used to evaluate some waffle slabs subjected to excessive loading.

Keywords: waffle slab, reinforced concrete, numerical model, non-linear analysis.

As estruturas de lajes nervuradas simuladas por modelo computacional geralmente são analisadas por metodologias simplificadas, tanto para a geometria da seção (convertendo em lajes maciças ou grelhas) como para as propriedades mecânicas dos materiais (regime elástico-linear). Os resultados obtidos por estes estudos teóricos apresentam grandes diferenças quando comparados com os valores dos ensaios experimentais, mesmo para baixos níveis de carregamento. Isto se deve principalmente pela não consideração da excentricidade entre os eixos da nervura e da capa como também a simplificação do comportamento mecânico do concreto à tração. Modelos numéricos chamados realísticos consideram o efeito da excentricidade entre os eixos da capa e da nervura da seção transversal. Pode-se, ainda, introduzir a não-linearidade física do concreto armado nestes modelos, obtendo resultados próximos do experimental. O objetivo deste trabalho é estabelecer um modelo numérico para a seção típica de laje nervurada que leve em consideração a excentricidade entre os eixos da capa e da nervura, a não-linearidade física do concreto em compressão e a colaboração do concreto tracionado entre fissuras, através de um modelo de fissuração distribuída. Utilizou-se o programa computacional de elementos finitos SAP2000 versão 16 para as análises não-lineares. O elemento de área denominado Shell Layered permite considerar a heterogeneidade do concreto armado por discretização ao longo da espessura em camadas. O modelo numérico foi validado a partir de análises de lajes ensaiadas experimentalmente, comparando os resultados numéricos com os dos ensaios. Também, este modelo foi utilizado para avaliar o comportamento pós-fissuração de algumas lajes nervuradas submetidas a carregamentos excessivos.

Palavras-chave: laje nervurada; concreto armado; modelo numérico; análise não-linear