The objective of this paper is to evaluate a method based on image analysis to obtain shape parameters in crushed sand grains. There is no consensus about standards and rules for testing aggregates, the lack of methodology to prepare and conduct tests may produce incorrect results, which do not satisfactorily represent the aggregate characteristics. One way to perform these analyzes is the use of images obtained with magnifying glasses or similar equipment. To contribute to this, three experiments were prepared with samples of crushed sand from the city of Passo Fundo. The fixed and evaluated parameters were: samples preparation, zoom used for image acquisition and number of grains representative of the shape parameters. The results were statistically analyzed and significant differences were obtained to the shape factor regarding the fixed parameters, except for the number of grains needed to characterize it, which differs from the currently literature used by academic studies. According to this work it is possible to realize that it is necessary to standardize the tests for shape analysis to eliminate errors generated by the interpretation of incorrect results, which may have been generated by changes in the methodology for conducting the tests.

Keywords: crushed sand, crushed sand grain shape, image analysis

Esse trabalho avalia um método de análise de imagens para obtenção de parâmetros de forma em grãos de areia. Conhecida a escassez de padronizações e normas para a realização do ensaio em agregados miúdos, ressalta-se que a falta de metodologia definida realização dos ensaios pode gerar resultados equivocados, que não representem satisfatoriamente as características dos agregados. Para contribuir nesse sentido, foram preparados três experimentos, com amostras de areia de britagem da cidade de Passo Fundo. Os parâmetros fixados foram a preparação das amostras, os aumentos utilizados para aquisição das imagens e o número de grãos representativos dos parâmetros de forma. Os resultados dos experimentos elucidaram a necessidade de estudos mais aprofundados a respeito da padronização do ensaio. E comprovaram a necessidade da padronização dos ensaios para análises de forma em agregados miúdos. Os dados obtidos foram analisados estatisticamente e obtiveram-se diferenças significativas para o fator de forma em relação aos parâmetros fixados, exceto em relação ao número de grãos necessários para caracterizá-lo, o que difere da bibliografia atualmente utilizada por trabalhos acadêmicos. Com o presente trabalho pode-se perceber que existe a necessidade de padronizar os ensaios para análises de forma, de modo a eliminar erros gerados pela interpretação de resultados equivocados, que podem ter sido gerados por pequenas variações na metodologia utilizada para a realização dos ensaios.

Palavras-chave: areia de britagem, forma dos grãos de areia de britagem, análise de imagens.

The chemical reaction involving the alkalis of the cement and some minerals of the concrete aggregates, the Alkali-Aggregate Reaction or AAR, promotes swelling and damages on that material. Despite its development stage, the problem formulation still lacks refinement. The numerical simulation is an important resource for the evaluation of structural damages due to AAR, and their repairs. The aim of this work is the numerical simulation of concrete thin-walled columns, affected by the AAR, from the finite element approximation on an orthotropic nonlinear framework, and a thermodynamic model designed to the assessment of the AAR swelling, with highlight on the compressive stress, the reinforcement and the temperature influences on the phenomenon. The obtained results revealed that the AAR induced the concrete strength decrease and the consequent reduction in preventive safety margin to the material failure, being more precocious as higher the temperature.

Keywords: simulation, alkali-aggregate reaction, column, temperature.

A reação química que envolve os álcalis do cimento e alguns minerais dos agregados de concreto, a reação álcali-agregado ou, simplesmente, a RAA, promove danos materiais e expansão. Apesar do avanço das pesquisas sobre os efeitos desta patologia, a modelagem de sua solução ainda carece de refinamento. A simulação numérica é um recurso importante para a avaliação de danos estruturais devido a RAA e os seus reparos. O objetivo deste trabalho é a simulação numérica de pilares parede de concreto, afetados pela RAA, A partir da aproximação por elementos finitos sobre um esquema de cálculo ortotrópic não-linear e um modelo termodinâmico, voltado para a avaliação das expansões por RAA, destacando a influência da tensão de compressão, da armadura e da sobre o fenômeno. Os resultados obtidos revelaram que a RAA induziu a diminuição da resistência do concreto e a consequente redução da margem de segurança prévia à ruína do material, sendo mais precoce para temperaturas mais elevadas

Palavras-chave: simulação, reação álcali-agregado, pilar, temperatura.

In inspections of buildings, it is common to find structures that, well before reaching its useful life longer require repairs and reinforcements. This study examined the bond strength between concrete of different ages and between steel and concrete, focusing on the recovery of reinforced concrete structures. To analyze the bond between concrete of different ages, trials with specimens receiving three different types of treatments at the interface between the concrete were performed: brushing; brushing and mortar equal to concrete of substrate and brushing and epoxy layer. Indirect tensile tests and oblique and vertical shear tests at the interface were made . The bond stress between steel and concrete was evaluated by pull out test under the conditions of the bar inserted in the still fresh concrete and when inserted in the hardened concrete with epoxy. Results showed increased bond strength by indirect tensile stress of 15% and 37%; 4% and 12% for the adherence test by oblique shear, and 108% and 178%, for the testing of vertical shear, respectively, for the specimens whose interfaces have received, in addition to brushing, layer of mortar and epoxy bridge, compared to those who received only brushing. Insignificant loss (about 0.52%) of bond stress was noticed for pull out test of steel bar when compared with test results of the specimens that had steel bar inserted in the concrete in the hardened state with epoxy adhesion bridge, with those who had inserted steel bar in fresh concrete.

Keywords: concrete structures, recovery materials, bond strength.

Em inspeções de construções, é comum encontrar estruturas que, muito antes de atingirem sua vida útil, já necessitam de reparos e reforços. O presente trabalho analisou a resistência de aderência entre concretos de diferentes idades e entre aço e concreto, visando à recuperação de estruturas de concreto armado. Para análise da aderência entre concretos de diferentes idades, foram realizados ensaios com corpos de prova que receberam três tipos de tratamentos distintos na interface entre os concretos: escovação; escovação e camada de argamassa igual à do concreto de substrato e escovação e camada de epóxi. Foram feitos ensaios de tração indireta e cisalhamento oblíquo e vertical na interface. Foi avaliada a aderência entre aço e concreto, por ensaio de arranchamento, nas condições da barra inserida no concreto ainda fresco e quando inserida no concreto endurecido, com ponte de aderência de epóxi. Os resultados dos ensaios de aderência dos corpos de prova de concreto mostraram aumento na resistência de aderência por tração indireta de 15% e 37%; de 4% e 12%, para o ensaio de aderência por cisalhamento oblíquo, e de 108% e 178%, para o ensaio de cisalhamento vertical, respectivamente, para os corpos de prova cujas interfaces receberam, além de escovação, camada de argamassa e ponte de epóxi, em relação àqueles que somente receberam escovação. Percebeu-se, no ensaio de arranchamento de barra de aço, perda insignificante (cerca de 0,52%) na aderência, quando compararam-se os resultados dos ensaios dos corpos de prova que tiveram a barra de aço inserida no concreto no estado endurecido com ponte de aderência epóxi, com os que tiveram a barra inserida no concreto no estado fresco.

Palavras-chave: estruturas de concreto, materiais de recuperação, aderência.

Given that the durability of structures is directly related to the thickness of the cover to reinforcement, it is essential to ensure minimum cover is achieved when building a structure. However, studies show that this is not always the case. One of the reasons for the this problem is the lack of indication, in structural projects, of the positioning of spacers. This situation is compounded by the lack of standards and regulations on the use of spacers (i.e. minimum quantities and required layout). This study assesses three different spacer distances and two different tying distances in order to examine the influence of these factors in the cover to reinforcement. To achieve so, three slabs were prepared in situ using different arrangements. After demoulding, cover thickness was determined using a digital covermeter. It was observed that the factors investigated have a significant influence in the final cover.

Keywords: ccover, spacer, tying, reinforced concrete

Uma vez que a durabilidade das estruturas está diretamente relacionada à espessura de cobrimento da armadura, é imprescindível que o cobrimento mínimo normatizado seja garantido durante a execução da estrutura. Entretanto, pesquisas comprovam que o cobrimento não está sendo alcançado. Dentre as razões para isto, aponta-se a falta de indicações nos projetos estruturais do posicionamento dos espaçadores. Esta situação se agrava pela falta de normatização e regulamentação do uso (quantidades mínimas e disposição necessárias) dos mesmos. Neste sentido, esta pesquisa tem como objetivo analisar três diferentes distâncias entre espaçadores e dois distanciamentos entre pontos de amarração a fim de analisar a influência destes fatores no cobrimento das armaduras. Para isto, foram concretadas lajes in loco com diferentes combina- ções. Após a desfôrma, os cobrimentos foram medidos com auxílio de um pacômetro digital. Constatou-se que os fatores estudados influenciam significativamente no cobrimento final.

Palavras-chave: cobrimento, espaçador, amarração, concreto armado.

Abstract

The geometric characteristics of synthetic macrofibers are important because they affect the behavior of fiber-reinforced concrete (FRC). Because there is a lack of specific, relevant publications in Brazil, the European standard EN14889-2:2006 was adopted as a reference to perform the characterization. Thus, an experimental plan was developed to assess the adequacy of testing procedures for the qualification of synthetic macrofibers for use in FRC. Two types of macrofibers were evaluated. The length measurement was performed using two methods: the caliper method, which is a manual measurement, and the digital image analysis method using the ImageJ software for image processing. These aforementioned methods were used to determine the diameter together with the density method, which is an indirect method that uses the developed length obtained by one of the previous methods. The statistical analyses revealed that the length results are similar regardless of the method used. However, the macrofibers must be pre-stretched to maximize the accuracy of caliper measurements. The caliper method for diameter determination has the disadvantage of underestimating the macrofiber cross-section because of the pressure applied by the load claws. In contrast, the digital image analysis method obtains the projected diameter in a single plane, which overestimate the diameter because the macrofibers are oriented with the pressure of the scanner cover. Thus, these techniques may result in false projections of the diameters that will depend on the level of torsion in the macrofibers. It was concluded that both the caliper method using previously stretched macrofibers and the digital imaging method can be used to measure length. The density method presented the best results for the diameter determination because these results were not affected by the method chosen to determine the length.

Keywords: fiber-reinforced concrete, synthetic macrofibers, geometric characterization, length measurement, diameter measurement, test method.

As características geométricas das macrofibras poliméricas são importantes porque afetam o comportamento do concreto reforçado com fibras (CRF). Em vista da carência de publicações específicas no Brasil, adotou-se a norma europeia EN14889-2:2006 como parâmetro de referência para efetuar a caracterização. Assim, foi desenvolvido um plano experimental com o objetivo de avaliar a adequação de procedimentos de ensaio para a qualificação das macrofibras poliméricas destinadas ao CRF. Foram avaliados dois tipos de macrofibras. As medições do comprimento se efetuaram por dois métodos: o método do paquímetro, o qual consiste em uma medição manual, e o método de análise de imagens digitais, empregando o software ImageJ para processamento das imagens. Para a medição do diâmetro, além das metodologias já mencionadas, foi utilizado ainda o método da densidade, um método indireto que precisa do comprimento desenvolvido obtido por um dos métodos mencionados anteriormente. Da análise estatística se conclui que ambos os métodos de medição do comprimento são semelhantes e apresentam resultados equivalentes do ponto de vista estatístico. Porém, salienta-se que as macrofibras precisam ser previamente esticadas para ter maior exatidão nas medições com o paquímetro. Na determinação do diâmetro, o método do paquímetro tem a desvantagem de subestimar a seção transversal da macrofibra pela pressão que exercem as garras. Por outra parte, o método de imagens digitais apresenta a projeção do diâmetro em um único plano, com muita variação dimensional, porque as macrofibras são orientadas com a pressão da tampa do escâner. Assim, podem-se ter falsas projeções do diâmetro o que também depende do nível de torção das macrofibras. Conclui-se que o método do paquímetro, com o cuidado de esticar previamente as macrofibras, e o método das imagens digitais podem ser igualmente utilizados para medir o comprimento. Já para determinar o diâmetro da macrofibra, recomenda-se o método da densidade, cujos resultados não são influenciados pelo método escolhido para determinar o comprimento.

Palavras-chave: concreto reforçado com fibras, macrofibras poliméricas, caracterização geométrica, medição do comprimento, medição do diâmetro, método de ensaio.

Abstract

The quasi-brittle, loading rate dependent behaviour of the concrete, characterized by a fracture process zone (FPZ) ahead of the crack front, can be described through a viscous-cohesive model. In this paper, a viscous cohesive model proposed in a former paper is evaluated for a group of high strength concrete beams loaded at rates from 10-5 mm/s to 10+1 mm/s. A software has been developed to enable the automatic determination of the viscous-cohesive model parameters through inverse analysis on load-versus loading-point displacement (P-d) from threepoint bend tests on notched prismatic specimens. The strategy allowed the sensitivity analysis of the parameters related to viscous behaviour. The analysis of results shows that the formerly proposed model can be improved for a better simulation of the loading rate dependence on the cohesive fracture process.

Keywords: fracture, viscous-cohesive model, inverse analysis.

O comportamento quase-frágil, dependente da taxa de carregamento do concreto, caracterizado pelo desenvolvimento de uma zona de processos de fratura (ZPF) ao redor do fronte da trinca, pode ser representado por uma lei visco-coesiva. Neste trabalho, um modelo visco-coesivo proposto em um artigo foi avaliado para um grupo de vigas de concreto de alta resistência carregados com taxas variando de 0.00001 mm/s a 10 mm/s. Desenvolveu-se um software para a determinação automática dos parâmetros da lei visco-coesiva utilizando-se curvas da relação carga versus deslocamento no ponto de aplicação (P-δ) obtidas em ensaios com vigas prismáticas ranhuradas em flexão em três pontos (Three-Point-Bend Test), com taxas de carregamento variada. A estratégia permitiu a análise de sensibilidade dos parâmetros relacionados com o comportamento viscoso. A análise dos resultados demonstrou que o modelo visco-coesivo proposto no artigo ainda não é suficiente para simular o processo de fraturamento coesivo dependente da taxa de carregamento.

Palavras-chave: fratura, modelo visco-coesivo, análise inversa.

Abstract

The effects of the inclusion of steel fibers in concrete have been widely studied in order to investigate possible changes in mechanical properties, such as the increase in tensile strength, ductility, stiffness, toughness (energy absorption capacity), and durability. An immediate consequence of this addition is the mitigation of concrete’s brittle behavior, so that the material meets new quality requirements. In this context, it is important to study the spatial distribution of the entire internal structure of these materials. Three-dimensional computed microtomography is a non-destructive inspection technique used to characterize the internal structures of various materials based on X-ray interaction with the inspected object. Topological and morphological properties can be obtained directly in three dimensions by means of mathematical reconstruction of the radiographs, which allows analyzing, for example, porosity and distribution of objects. In this context, the aim of this study is to investigate the spatial distribution of steel fibers, as well as of porosity in reinforced concrete samples. To this end, we used a microtomography system calibrated to operate at a voltage of 80 kV, electric current of 100 μA and a pixel size equal to 24 µm. The results showed low porosity and that the steel fibers were not uniformly distributed throughout the sample.

Keywords: X-ray, steel fibers, microtomography, porosity, concrete

Os efeitos da inserção de fibras de aço em concretos têm sido amplamente estudados com o objetivo de investigar possíveis modificações nas propriedades mecânicas, tais como, o aumento da resistência à tração, ductilidade, rigidez, tenacidade (capacidade de absorção de energia), e durabilidade. Uma das consequências imediatas dessa adição é a mitigação do comportamento frágil do concreto, de forma que o material passe a ter novas exigências de qualidade. Nesse contexto, é de grande importância o conhecimento espacial da distribuição de toda estrutura interna desses materiais. A microtomografia computadorizada tridimensional é uma técnica utilizada na caracterização de estruturas internas de diversos materiais, baseada na interação dos raios X com o objeto inspecionado, sendo considerado um ensaio não destrutivo. Propriedades morfológicas e topológicas podem ser obtidas diretamente em três dimensões através da reconstrução matemática das radiografias, o que possibilita analisar, por exemplo, a porosidade e a distribuição de diversos objetos. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho é a investigação da distribuição espacial das fibras de aço, assim como da porosidade em amostras de concreto. Para tal, foi utilizado um sistema de microtomografia calibrado para operar com uma tensão de 80 KV, corrente elétrica de 100 µA e um tamanho de pixel igual a 24 µm. Os resultados mostraram uma porosidade baixa e que as fibras de aço não estão distribuídas uniformemente ao longo da amostra.

Palavras-chave: raios X, fibras de aço, microtomografia, porosidade, concreto.

Abstract

This research presents an alternative way to perform a bridge inspection, which considers the dynamics parameters from the structure. It shows an experimental phase with use of a mobile phone to extract the accelerations answers from two concrete bridges, from those records is feasible to obtain natural frequencies using the Fast Fourier Transform (FFT).Numerical models with uses finite element model (FEM) allow to determine the natural frequencies from the two concrete bridges and compare with the experimental phase of each one. The final results shows it’s possible to use mobiles phones to extract vibration answers from concrete bridges and define the structural behavior of bridges from natural frequencies, this procedure could be used to evaluate bridges with lower costs.

Keywords: modal analysis, structural identification, inspection, monitoring

O presente artigo apresenta uma forma alternativa de inspeção para pontes que considera os parâmetros dinâmicos da estrutura. Trabalha na fase experimental com a extração de dados de aceleração com um aparelho de telefonia móvel e determinação de frequências naturais pelo uso da transformada rápida de Fourier (FFT) em dois viadutos em concreto. Ocorre ao mesmo tempo a modelagem em elementos finitos (MEF) de cada viaduto para a obtenção numérica das frequências. Posteriormente, é realizada a comparação entre as medições experimentais e os modelos numéricos. Os resultados finais mostram que é possível utilizar aparelhos de telefonia móvel para extrair dados de vibração e conhecer o comportamento estrutural de pontes através de frequências naturais, o que pode vir a ser usado para avaliação quantitativa e manutenção de pontes de maneira econômica.

Palavras-chave: análise modal, identificação estrutural, inspeção, monitoramento