This work deals with numerical modeling of the mechanical behavior of steel-fiber-reinforced concrete beams using a constitutive model based on damage mechanics. Initially, the formulation of the damage model is presented. The concrete is assumed to be an initial elastic isotropic medium presenting anisotropy, permanent strains, and bimodularity induced by damage evolution. In order to take into account the contribution of the steel fiber to the mechanical behavior of the media, a homogenization procedure is employed. Finally, numerical analyses of steel-fiber-reinforced concrete beams submitted to bending loading are performed in order to show the good performance of the model and its potential.

Keywords: damage mechanics, steel-fiber-reinforced concrete beams, constitutive model, concrete.

O artigo trata de uma contribuição à modelagem numérica do comportamento mecânico de vigas de concreto armado reforçada com fibras de aço utilizando modelos constitutivos baseados na Mecânica do Dano. O mesmo apresenta a formulação de um modelo de Dano proposto que admite o concreto como material inicialmente isótropo e elástico, mas com a evolução do processo de danificação o material exibe deformações plásticas, anisotropia e bimodularidade induzidas pelo dano. A incorporação das fibras na modelagem é efetuada por meio de um procedimento de homogeneização. Por fim, análises numéricas de vigas de concreto armado reforçado com fibras de aço sujeitas à flexão são realizadas com o objetivo de avaliar a aplicabilidade da modelagem proposta.

Palavras-chave: mecânica do dano, vigas de concreto reforçado com fibras de aço, modelo constitutivo, concreto

In this moment in which civil engineering is undergoing a phase where structural projects have been developed with structural systems composed of different and complex elements, some methods and criteria are used for the purpose of evaluating important aspects with regard to global and local stability. Among them, it is necessary to mention the parameters of instability α and γz. In this sense, this work has the objective to present the basic concepts of the instability parameters α and γz in accordance with what is clearly defined in the Brazilian standard ABNT NBR 6118; to present the results of simulations of models in the Brazilian structural software TQS varying the stress of compression in the columns in order to relate these values with the stability parameters.

Keywords: global stability, gama-z, structural analysis

Nesse momento em que a Engenharia civil vem passando por uma fase onde os projetos estruturais têm sido elaborados com sistemas estruturais compostos por elementos diferenciados e complexos, alguns critérios e métodos são utilizados com a finalidade de avaliar aspectos importantes no que diz respeito à estabilidade global e local. Entre eles, faz-se necessário citar os parâmetros de instabilidade α e Gama-z. Nesse sentido, este artigo tem o objetivo de apresentar os conceitos básicos dos parâmetros de instabilidade α e Gama-z de acordo com o que é claramente definido na norma brasileira ABNT NBR 6118; apresentar os resultados de simulações de modelos no software estrutural Brasileiro TQS variando a tensão de compressão nos pilares com a finalidade de relacionar estes valores com os parâmetros de estabilidade.

Palavras-chave: estabilidade global, gama-z, análise estrutural.

The number of buildings higher than 30 floors has shown remarkable growth; many of them are supported on foundations of hollow circular piles. This increasing of height of constructions causes an increment of the shear stresses that are transmitted to their foundations, however these elements are more shear critical due to the hollow core. Most of the existing codes are based on shear models for rectangular sections, and guidelines for assessment of shear strength of members with hollow circular cross sections are practically non-existent. This study evaluates, on a comparative basis, the shear strength of elements with hollow circular cross sections, obtained from experimental tests, with values computed using the Canadian Code (CSA A23.3) and using a proposed simple procedure based on the Brazilian standard (NBR 6118).

Keywords: : shear strength, hollow circular cross section, modified compression filed theory

O número de edifícios com mais de 30 pavimentos tem apresentado notável crescimento, muitos dos quais apoiados sobre fundações de estacas circulares vazadas. Este aumento da altura das edificações provoca o aumento das tensões de cisalhamento que são transmitidas para suas respectivas fundações, no entanto tais elementos são mais críticos em relação ao cisalhamento devido ao seu núcleo vazado. A maioria das normas existentes é baseada em modelos de cisalhamento para seções retangulares, enquanto que diretrizes para avaliação da resistência ao cisalhamento de membros com seções circulares vazadas são praticamente inexistentes. Este estudo avalia, de forma comparativa, a resistência ao cisalhamento de elementos de seções circulares vazadas, obtida através de ensaios experimentais, com valores calculados utilizando a Norma Canadense (CSA A23.3) e utilizando um procedimento simples proposto baseado na norma Brasileira (NBR 6118).

Palavras-chave: resistência ao cisalhamento, seção circular vazada, teoria do campo de compressão modificada.

The mixing process of fiber-containing cementitious suspensions is a crucial factor to obtaining a good dispersion of fibers and guarantee adequate mechanical performance of the hardened products. The addition of fibers into the suspension causes reduction of the fluidity of the system due to factors inherent to the fibers, the matrix and their interaction. During mixing, these interactions make dispersion and homogenization processes more difficult due to the formation of fibers - particles agglomerates. Conventional techniques to assess workability of mortars are inadequate to evaluate the rheological behavior of fiber-reinforced systems, in which parameters like viscosity and yield stress are not completely taken into account. Therefore, this work employs rotational rheometry to evaluate the influence of fiber and water addition sequences on mixing and rheological behavior of mortars containing Polyvinyl Alcohol (PVA) fibers. Constant test parameters were: mixing time of 317s; impeller velocity 126.5 rpm; water flow 128g/s. A constant mix design was used with a water content of 16%wt, and a 0.2%vol of fibers were added to the reference composition. Four mixing sequences were studied: S1 and S2 are based on the addition of fibers at different stages of the mixing process; while in S3 and S4 not only the fibers are added at different stages, but also the water addition is performed in two steps (25% first and 75% latter).Results showed that it is possible to optimize the mixing step of fiber-containing systems by changing the moment of fiber addition into the mixture. The introduction of fibers after mixing the dry mortar with water, when it already had achieved its fluidity point, demanded a lower mixing effort and produced a more flowable material.

Keywords: mixing sequence, rheology, PVA fibers.

O processo de mistura de suspensões cimentícias contendo fibras é uma etapa crucial para que se obtenha uma boa distribuição das fibras, garantindo os benefícios que as mesmas podem trazer ao desempenho mecânico. A introdução das fibras na suspensão tende a provocar redução na fluidez. Isso ocorre devido a uma série de fatores inerentes às fibras, à matriz e, à interação entre elas. Durante a mistura, essas interações tornam a dispersão e homogeneização mais difícil devido à formação de aglomerados de partículas e fibras. Técnicas convencionais de avaliação da trabalhabilidade são insuficientes para avaliar o comportamento reológico de sistemas reforçados com fibras porque parâmetros como viscosidade e tensão de escoamento não são considerados em sua totalidade. Assim, este trabalho propõe utilizar técnicas de reometria rotacional, para avaliar a influência da sequência de adição da fibra e da água na mistura e no comportamento reológico de argamassas. O tempo de mistura é mantido fixo em 317s, a velocidade do equipamento é 126,5rpm e a taxa de adição de água 128g/s para todas as sequências. Uma mesma composição granulométrica foi usada fixando o teor de água em 16% e o de fibra em 0,2%. Quatro sequências de mistura foram estudadas: S1 e S2 são baseadas na adição das fibras em diferentes estágios do processo de mistura, enquanto na S3 e S4, não só as fibras são adicionadas em diferentes estágios, mas também a água é adicionada em duas etapas (primeiro 25% e depois 75%). Os resultados indicaram que é possível otimizar o preparo de sistemas com fibras de PVA modificando etapas simples do processo como o momento de introduzir as fibras. Entre as sequências avaliadas concluiu-se que introduzir as fibras após a homogeneização prévia dos materiais, no ponto de fluidez, tende a produzir sistemas mais fluidos e com menor esforço para mistura

Palavras-chave: sequência de mistura, reologia, fibras de PVA.

Abstract

The construction system of prestressed flat slabs has been gaining market in Brazil, since it eliminates the use of beams, allows you to perform structures under coluns by area and reduces the cycle of concrete slabs. Thus the analysis of global stability of buildings, takes into account the effects of 2nd order, and these additional effects to the structure obtained from the deformation thereof, calculated by the iterative method P-Delta. The Brazilian ABNT NBR 6118: 2014 [2] assesses the overall stability of reinforced concrete structures through practical parameters, which are the parameter a (Alpha) and gz (Gamma z) coefficient. In this research we seek to study the global stability of slender buildings consist of flat slabs, with slenderness (ratio of the smaller width with the height of the building) approximately one to six, from the modeling of a building with prestressed slabs nonadherent and waffle slabs. To model will use the commercial software CAD / TQS.

Keywords: global stability, analysis of 2nd order, gamma z, p-delta.

O sistema construtivo de lajes planas protendidas vem ganhando mercado no Brasil, pois dispensa o uso de vigas, permite executar estruturas com menos pilares por área e reduz o ciclo de concretagem das lajes. Assim a análise de estabilidade global de edificações, leva em consideração os efeitos de 2ª ordem, sendo estes efeitos adicionais à estrutura obtidos a partir das deformações da mesma, calculadas pelo método iterativo P-Delta. A norma brasileira ABNT NBR 6118:2014 [2] avalia a estabilidade global de estruturas de concreto armado através de parâmetros práticos, sendo estes o parâ- metro a (alfa) e o coeficiente gz (gama z). Nesta pesquisa busca-se estudar a estabilidade global de edificações esbeltas compostas por lajes planas, com ordem de esbeltez (relação da menor largura com a altura da edificação) de um para seis, a partir da modelagem de uma edificação com lajes protendidas não-aderentes e lajes nervuradas. Para modelagem será utilizado o programa comercial CAD/TQS.

Palavras-chave: estabilidade global, análise de 2ª ordem, gama z, p-delta.

Abstract

Four continuously reinforced concrete pavement (CRCP) sections were built at the University of São Paulo campus in order to analyze the pavement performance in a tropical environment. The sections short length coupled with particular project aspects made the experimental CRCP cracking be different from the traditional CRCP one. After three years of construction, a series of nondestructive testing were performed - Falling Weight Deflectometer (FWD) loadings - to verify and to parameterize the pavement structural condition based on two main properties: the elasticity modulus of concrete (E) and the modulus of subgrade reaction (k). These properties estimation was obtained through the matching process between real and EverFE simulated basins with the load at the slab center, between two consecutive cracks. The backcalculation results show that the lack of anchorage at the sections end decreases the E and k values and that the longitudinal reinforcement percentage provides additional stiffness to the pavement. Additionally, FWD loadings tangential to the cracks allowed the load transfer efficiency (LTE) estimation determination across cracks. The LTE resulted in values above 90 % for all cracks.

Keywords: concrete pavement, consitnuous reinforcement, deflections, backcalculation, load transfer efficiency

Quatro seções experimentais de pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) foram construídas no campus da Universidade de São Paulo com a finalidade de analisar o desempenho deste tipo de pavimento em clima tropical. A curta extensão das seções aliada a aspectos específicos de projeto fizeram com que o PCCA experimental apresentasse um padrão de fissuração bastante distinto dos PCCA tradicionais. Passados três anos da construção, realizou-se uma série de testes não destrutivos – aplicações de Falling Weight Deflectometer (FWD) – para verificar e parametrizar a condição estrutural do pavimento com base em dois fatores principais: o módulo de elasticidade do concreto (E) e o módulo de reação do subleito (k). A estimativa das propriedades foi obtida através da equiparação de bacias reais com bacias simuladas pelo programa EverFE para a carga aplicada no meio da placa formada por duas fissuras. Os resultados da retroanálise mostram que a falta de ancoragem no final das placas diminui os valores de E e k e que a porcentagem de armadura proporciona um adicional de rigidez ao pavimento. Adicionalmente, aplicações de carga tangenciais às fissuras possibilitaram a determinação da eficiência de transferência de carga (LTE) entre fissuras. A LTE resultou em valores acima de 90% para todas as fissuras.

Palavras-chave: pavimento de concreto, armadura contínua, deflexões, retroanálise, eficiência de transferência de carga.

Abstract

The performance standard NBR 15575-1: 2013 [1] states that to achieve the higher level of performance for durability, buried concrete structures must achieve a minimum service life (VUP) of 75 years. However, the NBR 6118:2014 [2] does not specify the minimum project properties for the structure fulfi ll this VUP. The objective of this study is to provide recommendations for structural designers to meet higher performance requirements of NBR 15575:2013 [1] in durability. It was conducted a research of national and international standards and reference publications about the durability and VUP 75 years for structural elements buried. The paper was divided into three parts: (1°) the analysis of the Brazilian and international legal system, as well as reference publications in the area; (2°) discussion of service life prediction models; and (3°) specifi cations to meet the superior level of durability of structural elements buried.

Keywords: performance standard, superior performance, service life, burried structures

A ABNT NBR 15575-1:2013 [1] estabelece que, para atingir o nível de desempenho superior em termos de durabilidade, as estruturas de concreto armado enterradas devem atender a uma vida útil de projeto (VUP) mínima de 75 anos. Contudo, a norma ABNT NBR 6118:2014 [2] não apresenta recomendações de projeto para que esta VUP seja cumprida. O objetivo deste trabalho é determinar alguns parâmetros projetuais de durabilidade para estas estruturas, visando atender ao requisito de desempenho superior da norma. Para tanto, realizou-se uma pesquisa em normas nacionais e internacionais, além de publicações que remetam a especifi cações de projeto para vida útil de 75 anos para elementos estruturais enterrados. O trabalho dividiu-se em três partes: (1º) a análise do sistema normativo (nacional e internacional) e publicações referência da área; (2º) discussão de modelos teóricos de previsão de vida útil; e (3º) defi nição das especifi cações de projeto para elementos estruturais enterrados para o nível superior de desempenho.

Palavras-chave: norma de desempenho, desempenho superior, vida útil de projeto, estruturas enterradas.

Abstract

Optical systems are recognized to be an important tool for structural health monitoring, especially for real time safety assessment, due to simplified system configuration and low cost when compared to regular systems, namely electrical systems. This work aims to present a case study on structural health monitoring focused on reliability assessment and applying data collected by a simplified optical sensing system. This way, an elevated reinforced concrete water reservoir was instrumented with a bi-axial optical accelerometer and monitored since January 2014. Taking into account acceleration data, the natural frequencies and relative displacements were estimated. The reliability analysis was performed based on generalized extreme values distribution (GEV) and the results were employed to build a forecast of the reliability of the water elevated reservoir for the next 100 years. The results showed that the optical system combined with GEV analysis, implemented in this experimental work, can provide adequate data for structural reliability assessment.

Keywords: optical sensors, remote control, natural frequency, reliability assessment, generalized extreme values distribution

Sistemas óticos são reconhecidos como uma importante ferramenta para a monitorização estrutural, especialmente para avaliação da segurança em tempo real, devido a configuração simplificada e o baixo custo destes sistemas quando comparado com sistemas usuais, nomeadamente sistemas elétricos. Este trabalho tem por objetivo apresentar um caso de estudo sobre monitorização estrutural focado na avaliação da fiabilidade através da utilização de um sistema sensorial ótico simplificado. Dessa forma, um reservatório elevado de água de concreto armado foi instrumentado com um acelerómetro ótico biaxial e monitorado desde janeiro de 2014. Tendo em conta os dados de aceleração, as frequências naturais e os deslocamentos relativos foram calculados. Neste trabalho, a análise de fiabilidade é realizada baseada na distribuição de valores extremos e os resultados obtidos são ainda utilizados para a predição sobre a segurança estrutural do reservatório de água para os próximos 100 anos. Os resultados mostraram que o sistema ótico de monitorização implementado neste trabalho combinado com a análise por distribuição dos valores extremos pode fornecer dados adequados para a avaliação da fiabilidade estrutural.

Palavras-chave: sensor ótico, controle remoto, frequência natural, análise da fiabilidade, distribuição de valores extremos