This paper proposes a methodology for obtaining the interaction curve for composite steel–concrete sections subject to combined compression and bending based on the deformation domains of reinforced concrete structures defined by ABNT NBR 6118 [1]. For this, were developed expressions for the axial force, the moment and the strains of concrete, longitudinal reinforcement and the elements comprising the metal profile in each deformation domain. Based on these expressions a computer program called MDCOMP (2014) was created. In this study the same limit values of longitudinal reinforcement strain defined by ABNT NBR 6118 [1] were used for the steel profile strains. To verify the numerical implementations performed, the interaction curves and the plastic resistance of the section obtained by MDCOMP program were compared with those determined from the recommendations of Eurocode 4 [2], of ABNT NBR 8800 [3] or literature responses.

Keywords: composite steel–concrete columns, deformation domains, interaction curve, reinforced concrete

Neste trabalho se propõe uma metodologia para a obtenção da curva de interação para seções mistas de aço e concreto, sujeitas à flexão composta normal, com base nos domínios de deformação de estruturas de concreto armado definidos pela ABNT NBR 6118 [1]. Para isso, foram desenvolvidas expressões para o esforço normal, o momento fletor e para as deformações do concreto, das armaduras e dos elementos que compõem o perfil metálico em cada domínio de deformação. Com base nessas expressões criou–se um programa computacional denominado MDCOMP (2014). Neste trabalho utilizaram–se como valores limites das deformações do perfil metálico nos trechos comprimidos e tracionados, os mesmos estabelecidos pela ABNT NBR 6118 [1] para as deformações das armaduras de aço. Para verificar as implementações numéricas realizadas, as curvas de interação e os esforços máximos de plastificação da seção obtidos com o programa MDCOMP (2014) foram comparados com os determinados a partir das recomendações do EUROCODE 4 [2], da ABNT NBR 8800 [3] ou com respostas da literatura.

Palavras-chave: pilares mistos de aço e concreto, domínios de deformação, curva de interação, concreto armado.

An experimental and numerical investigation was conducted into the factors that interfere in the shear strength of the concrete-concrete interface in structures composed of double lattice panels subjected to direct shear stress. The experimental program consisted of testing 26 direct shear models with varying widths of concrete filling of 7 cm, 9 cm and 13 cm, with smooth and rough interfaces, as well as different concrete compressive strengths in the filled region. The numerical modeling, which was performed with ANSYS software, employed solid finite elements, bar elements and contact elements, taking into account the non-linearity of the materials involved. The analyses of the experimental results under direct shear indicated that the transfer of stresses at the interface occurred with loss of adhesion. The numerical simulations indicated that the higher the geometric ratio of reinforcement the higher the direct shear strength of the structural model. In general, the slip of the models with smooth interfaces was 2 or 3 times greater than the models with rough surfaces. Numerically, the models with smooth interfaces showed a 36.61% gain in shear strength when the compressive strength in the region filled with concrete increased from 20 MPa to 28.4 MPa.

Keywords: numerical modeling, experimental analysis, double panels lattice, direct shear, nonlinear analysis

Este estudo apresenta uma investigação experimental e numérica dos fatores que interferem na resistência ao cisalhamento da interface entre concretos de estruturas formadas por painéis duplos treliçados, submetidos ao cisalhamento direto. O programa experimental foi realizado por meio do ensaio de 26 modelos submetidos ao cisalhamento direto, com a largura do concreto de preenchimento variando de 7 cm, 9 cm e 13 cm, com interfaces lisas e rugosas, além de diferentes resistências à compressão do concreto na região de preenchimento. A modelagem numérica foi feita com a utilização do software ANSYS e consistiu no emprego de elementos fi nitos sólidos, elementos de barras e elementos de contato, levando-se em conta a não linearidade física dos materiais envolvidos. A análise dos resultados experimentais mostra que, sob cisalhamento direto, a transferência de tensões na interface ocorre com perda de adesão. A simulação numérica indica que quanto maior a taxa de armadura que cruza a interface maior é a resistência ao cisalhamento direto. Em geral, o deslizamento relativo observado nos modelos com interface lisa é em torno de 2 a 3 vezes maior que nos modelos com interface rugosa. Numericamente, observa-se um ganho na resistência cisalhante de 36,61% ao elevar a resistência à compressão na região de preenchimento do concreto de 20 MPa para 28,4 MPa, para os modelos de interfaces lisas.

Palavras-chave: modelagem numérica, análise experimental, painel duplo treliçado, cisalhamento direto, análise não linear.

This work aims to study the mechanical effects of reinforcement’s corrosion in hyperstatic reinforced concrete beams. The focus is the probabilistic determination of individual failure scenarios change as well as global failure change along time. The limit state functions assumed describe analytically bending and shear resistance of reinforced concrete rectangular cross sections as a function of steel and concrete resistance and section dimensions. It was incorporated empirical laws that penalize the steel yield stress and the reinforcement’s area along time in addition to Fick’s law, which models the chloride penetration into concrete pores. The reliability theory was applied based on Monte Carlo simulation method, which assesses each individual probability of failure. The probability of global structural failure was determined based in the concept of failure tree. The results of a hyperstatic reinforced concrete beam showed that reinforcements corrosion make change into the failure scenarios modes. Therefore, unimportant failure modes in design phase become important after corrosion start.

Keywords: reinforcements corrosion, chlorides ingress, Fick’s law, reliability, reinforced concrete, failure scenarios.

Este trabalho tem como principal objetivo analisar os efeitos da corrosão de armaduras em vigas em concreto armado na alteração dos possíveis cenários de falha individuais e na falha global da estrutura ao longo do tempo. As equações de estado limite consideradas descrevem analiticamente a resistência à flexão e ao esforço cortante em seções transversais retangulares em concreto armado. Foi também incorporada uma lei que penaliza a resistência ao escoamento do aço em função da evolução da corrosão em conjunto com a lei de Fick, a qual modela a penetração de íons cloreto no interior dos poros do concreto. Equações empíricas baseadas na lei de Faraday foram utilizadas para a determinação da nova área de armadura a cada instante de tempo na análise. A teoria da confiabilidade foi aplicada adotando-se o método de simulação de Monte Carlo para a avaliação das probabilidades individuais dos modos de falha considerados. A determinação da probabilidade de falha global da estrutura seguiu um procedimento baseado no conceito de árvore de falhas. Os resultados da análise de uma viga hiperestática em concreto armado demonstram que a corrosão das armaduras pode alterar os cenários de falha, de forma que, modos de falha não importantes na fase de projeto se tornam importantes à medida que o processo corrosivo evolui.

Palavras-chave: corrosão de armaduras, ingresso de cloretos, leis de Fick, confiabilidade, concreto armado, cenários de falha.

The knowledge on the active moving load of a bridge is crucial for the achievement of the information on the behavior of the structure, and thus foresee maintenance, repairs and better definition of the logistics of its active vehicles. This paper presents the development of the algorithms for the application of the Bridge-Weigh In Motion (B-WIM) method created by Moses for the weighing of trains during motion and also for the characterization of the rail traffic, allowing the obtainment of information like passage’s train velocity and number and spacing of axles, eliminating the dynamic effect. There were implemented algorithms for the determination of the data referring to the geometry of the train and its loads, which were evaluated using a theoretical example, in which it was simulated the passage of the train over a bridge and the loads of its axles were determined with one hundred percent of precision. In addition, it was made a numerical example in finite elements of a reinforced concrete viaduct from the Carajás’ Railroad, in which the developed system reached great results on the characterization and weighing of the locomotive when the constitutive equation of the Brazilian Standards was substituted by the one proposed by Collins and Mitchell.

Keywords: size effect, digital image correlation, experimental analysis

O conhecimento do carregamento móvel atuante em uma ponte é de grande importância para obter a informação do comportamento da estrutura, e assim prever manutenção, reparos e definir melhor a logística dos veículos que circulam sob a mesma. Este trabalho apresenta o desenvolvimento dos algoritmos para aplicação do método Bridge-Weigh In Motion (B-WIM) criado por MOSES (1979) para a pesagem em movimento de trens e também para a caracterização do tráfego ferroviário, permitindo-se obter informações sobre a velocidade de passagem dos trens, número e espaçamento entre eixos, eliminando o efeito dinâmico. Foram implementados os algoritmos para a determinação dos dados referentes a geometria do trem e das cargas, que foi validado a partir de um exemplo teórico, onde se simulou a passagem do trem sobre a ponte e as cargas por eixos foram determinadas com 100% de exatidão. Além disso, foi feito um exemplo numérico em elementos finitos, de um viaduto em concreto armado para aplicações do método, onde foi feita a determinação das cargas por eixo para diferentes velocidades de passagem do trem. Finalmente, o método foi testado em um caso real a partir de monitorações realizadas em um viaduto de concreto armado da Estrada de Ferro Carajás, onde o sistema desenvolvido conseguiu atingir ótimos resultados na caracterização e pesagem da locomotiva quando se substituiu a equação constitutiva da ABNT NBR 6118 (2007) pela equação proposta por Collins e Mitchell (1991).

Palavras-chave: B-WIM, carga por eixo, pontes, modelo numérico, peso bruto total.

Abstract

In the search for sustainable construction, timber construction is gaining in popularity around the world. Sustainably harvested wood stores carbon dioxide, while reforestation absorbs yet more CO2. One technique involves the combination of a concrete slab and a timber beam, where the two materials are assembled by the use of flexible connectors. Composite structures provide reduced costs, environmental benefits, a better acoustic performance, when compared to timber structures, and maintain structural safety. Composite structures combine materials with different mechanical properties. Their mechanical performance depends on the efficiency of the connection, which is designed to transmit shear longitudinal forces between the two materials and to prevent vertical detachment. This study contributes with the implementation of a finite element formulation for stress and displacement determination of composite concrete-timber beams. The deduced stiffness matrix and load vector are presented along to numerical examples. Numerical examples are compared to the analytical equations available in Eurocode 5 and to experimental data found in the literature.

Keywords: composite structures, finite element method and sustainable structures.

A madeira tem se destacado na produção de edificações sustentáveis, principalmente pela possibilidade de emprego de madeiras provenientes de florestas plantadas. A combinação de vigas de madeira com um tabuleiro de concreto armado ligados entre si por conexões flexíveis é uma alternativa que traz aumento de rigidez à estrutura, ameniza problemas de durabilidade, quando exposta às intempéries, e melhora seu desempenho acústico, se comparada à uma estrutura em madeira. As estruturas mistas são constituídas pela associação de materiais com diferentes propriedades mecânicas e seu desempenho mecânico depende da eficiência da ligação entre eles. Os conectores flexíveis são responsáveis pela transmissão de forças de cisalhamento entre os dois materiais e por evitar o desprendimento vertical. Esta pesquisa desenvolveu e implementou uma formulação de elementos finitos para cálculo dos esforços internos da estrutura mista de concreto e madeira. A matriz de rigidez e o vetor de carga deduzidos são apresentados juntamente com exemplos numéricos e seus resultados são comparados com as equações analíticas do Eurocode 5 e resultados experimentais da literatura.

Palavras-chave: estruturas mistas, elementos finitos e estruturas sustentáveis.

Abstract

Electrochemical techniques are among the most commonly techniques used for the evaluation and study of corrosion in reinforced concrete, including electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a powerful technique for characterizing a wide variety of electrochemical systems and for determining the contribution of electrode or electrolytic processes in these systems. The analysis of EIS results on samples of concrete is highly complex due to overlapping arcs from simultaneous phenomena and noise measurement, of course, associated with the heterogeneity of the samples and that complicate the analysis considerably. Thus, this paper proposes a new form of analysis based on the characteristic relaxation angular frequency, w, of each phenomenon and associating the typical capacitances and frequencies.

Keywords: corrosion, spectroscopy, concrete, durability, electrochemical techniques.

Entre as técnicas mais utilizadas para a avaliação e estudo da corrosão em concreto armado estão as técnicas eletroquímicas, entre elas a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). A EIE é uma técnica poderosa para a caracterização de uma grande variedade de sistemas eletroquímicos e para a determinação da contribuição de processos individuais de eletrodo ou eletrólito nestes sistemas. A análise dos resultados de EIE em amostras de concreto armado é de alta complexidade, devido à sobreposição de arcos provenientes de fenômenos simultâneos e a ruídos da medida, associados, evidentemente, à heterogeneidade das amostras e que dificultam de forma considerável esta análise. Assim, o presente trabalho propõe uma nova forma de análise, baseada na frequência angular de relaxação característica, w, de cada fenômeno e associando às capacitâncias e frequências típicas.

Palavras-chave: corrosão, espectroscopia, concreto, durabilidade, monitoramento

Abstract

With the issuing of the 2014 version of the Brazilian Standard ABNT NBR 6118 – Design of Concrete Structures, several procedures followed in the design offices shall be altered. The purpose of this paper is to furnish data to the designers, in order to facilitate the transition to the new version of the Standard. A summary of some of the main modifications with direct impact in the design is presented, being shown, among others, the topics: characteristics of the concretes of class up to C90, including the new stress-strain diagrams and respective simplification criteria for these diagrams, the new deformation domains, the values of design tensile stresses in concrete and the new criteria for limiting the depth of the neutral axis; new design criteria for designing and detailing of special elements, including the application of strut-and-tie models; new design criteria, minimum dimensions and detailing criteria for columns, walls and slabs; new criteria for considering global imperfections; new criteria for considering creep and shrinkage; new values for minimum reinforcement in pure bending; new expressions for evaluating the elasticity modulus of concrete. A new table for the design of concrete sections under pure bending is furnished, and new diagrams for designing rectangular sections under bending with compression forces are presented.

Keywords: brazilian standard, structural concrete, design, detailing

Com a promulgação da versão 2014 da Norma Brasileira ABNT NBR 6118 – Projeto de Estruturas de Concreto, diversos procedimentos adotados nas empresas de projeto deverão ser alterados. O objetivo deste trabalho é fornecer subsídios aos projetistas, de forma a facilitar a transição para a nova versão da Norma. É apresentado um resumo de algumas das principais alterações que tem impacto direto no projeto, sendo abordados, entre outros, os temas: características dos concretos de classe até C90, incluindo os novos diagramas tensão-deformação e respectivos critérios de simplificação destes diagramas, os novos domínios de deformação, os valores de tensão de tração de cálculo no concreto e os novos critérios de limitação da profundidade da linha neutra; novos critérios de dimensionamento e detalhamento de elementos especiais, inclusive com a aplicação de Modelos Biela-Tirante; novos critérios de projeto, dimensões mínimas e detalhamento de pilares, pilares-parede e lajes; novos critérios para a consideração de imperfeições globais; novos critérios para a consideração de retração e fluência; novos valores para a armadura mínima de peças em flexão simples; novas expressões para a avaliação do módulo de elasticidade do concreto. É também fornecida uma nova tabela de dimensionamento na flexão simples e apresentados novos ábacos para o dimensionamento de seções retangulares na flexão composta reta.

Palavras-chave: norma brasileira, concreto estrutural, dimensionamento, detalhamento

Abstract

Large quantities of waste tires are released to the environment in an undesirable way. The potential use of this waste material in geotechnical applications can contribute to reducing the tire disposal problem and to improve strength and deformation characteristics of soils. This paper presents a laboratory study on the effect of granular rubber waste tire on the physical properties of a clayey soil. Compaction tests using standard effort and consolidated-drained triaxial tests were run on soil and mixtures. The results conveyed an improvement in the cohesion and the angle of internal friction the clayey soil-granular rubber mixture, depending on the level of confining stress. These mixtures can be used like backfill material in soil retaining walls replacing the clayey soil due to its better strength and shear behavior and low unit weight. A numerical simulation was conducted for geosynthetic reinforced soil wall using the clayey soil and mixture like backfill material to analyzing the influence in this structure.

Keywords: prestressed concrete beams, ABNT NBR 6118, serviceability limit state stress check, Autodesk Robot Structural Analysis Professional®

Uma grande quantidade de resíduo de pneu é descartada no meio ambiente de forma indesejada. O potencial de uso deste resíduo em aplicações geotécnicas podem contribuir para a redução do problema de descarte e melhorar as características de resistência e deformação dos solos. Este artigo apresenta um estudo laboratorial dos efeitos da aplicação dos resíduos granulares de pneus nas propriedades físicas de solos argilosos. Foram desenvolvidos testes de compactação usando esforços padrão e ensaios triaxiais consolidados drenados em amostras de solo e suas misturas. Os resultados apresentam uma melhoria na coesão e no ângulo de atrito do solo argiloso e a mistura com borracha granular, dependendo do confinamento das tensões. Estas misturas podem ser utilizadas como material de aterro em paredes de contenção em substituição de solos argilosos devido a um melhor desempenho na resistência ao cisalhamento e baixo peso unitário. Uma simulação numérica foi realizada para parede de solo reforçada com geossintético utilizando solo argiloso e misturas para materiais de aterro com a finalidade de analisar a influência nesta estrutura.

Palavras-chave: ensaios triaxiais, borracha granular, resíduo, reforço de solo