This paper studies the modeling of symmetric and asymmetric flat slabs, presenting alternatives to the problem of singularity encountered when the slab is modeled considering columns as local support. A model that includes the integrated slab x column analysis was proposed, distributing the column reactions under the slab. The procedure used transforms the bending moment and column axial force in a distributed load, which will be applied to the slab in the opposite direction of gravitational loads. Thus, the bending moment diagram gets smooth in the punching region with a considerable reduction of values, being very little sensible to the variation of used mesh. About the column, it was not seen any significant difference in the axial force, although the same haven’t occurred with the bending moments results. The final part of the work uses geoprocessing programs for a three-dimensional view of bending moments, allowing a new comprehension the behavior of these internal forces in the entire slab.

Keywords: flat slabs, reinforced concrete, FEM, singularity.

Este trabalho estuda a modelagem de lajes planas simétricas e assimétricas, apresentando alternativas para o problema da singularidade ocorrido quando se modela a laje considerando os pilares como apoio pontual. Foi proposto um modelo que contempla a análise integrada Laje x Pilar, distribuindo a reação do pilar na laje. O procedimento utilizado consiste em transformar o momento fletor e o esforço normal do pilar em um carregamento distribuído, que será adicionado na laje como carregamento no sentido contrário à ação das cargas gravitacionais. Com isso, tem-se um arredondamento do diagrama de momento fletor da laje na região do pilar puncionado com uma considerável redução dos valores, sendo pouco sensível à variação da malha utilizada. Em relação ao pilar, o esforço normal não apresentou diferenças significativas, porém o mesmo não ocorreu com o momento fletor. A parte final do artigo utiliza programas de geoprocessamento para uma visualização tridimensional dos momentos fletores, permitindo uma nova compreensão do comportamento desses esforços ao longo de toda a laje.

Palavras-chave: lajes planas, concreto armado, método dos elementos finitos, singularidade

Currently, there is an awareness that is critical to assess the durability characteristics of concrete with as much attention as the mechanical properties. The durability of concrete structures can often be affected by chemical attacks, jeopardizing its performance and security. When concrete is subjected to high temperature at early ages, many physical and chemical changes in hardened concrete may occur. It iswidely accepted that concrete subjected to these conditions of temperature and exposed to moisture is prone to cracking due to Delayed Ettringite Formation (DEF). This work aims at providing a DEF risk analysis on foundation pile caps at the Metropolitan Region of Recife - PE. Temperature rise measurement was performed in situ at 5 different caps through datalogger and thermocouples equipments. Furthermore, the Duggan test was performed in order to assess the level of expansion of 3 cements studied: X (CP II E 40), Y (CP II F 32) and Z (CP V ARI RS). Simultaneously, the chemical compositions of these cements and their respective clinkers were quantified by analysis of X-ray fluorescence (XRF). The cement X (CP II E 40) showed the chemical characteristics favoring with more intensity DEF and, as a result, higher level of expansion in the test Duggan. It is noteworthy that incorporation of metakaolin (8% and 16%) and silica fume (5% and 10%) showed mitigating potential of expansions. It is important to point out that all factors related to thermal properties and chemical composition of the concrete used in the region converge to a condition of ideal susceptibility for triggering DEF. Therefore, it is essential at least minimum and basic requirements in the design specification in order to avoid high temperatures in the massive concrete elements, preventing them from delayed ettringite formation.

Keywords: delayed ettringite formation (DEF), chemical composition, temperature, prevention, risk

Atualmente, existe a consciência de que é fundamental avaliarem-se as características de durabilidade do concreto com tanta atenção quanto às propriedades mecânicas. A durabilidade das estruturas de concreto pode muitas vezes ser afetada por ataques químicos, colocando em risco o seu desempenho e segurança. Quando o concreto é sujeito à alta temperatura em idades precoces, muitas mudanças físicas e químicas no concreto endurecido podem ocorrer. É amplamente aceito que o concreto submetido, a estas condições de temperatura e exposto à umidade, é propenso a fissurar devido à Formação de Etringita Tardia (DEF). Este trabalho tem como objetivo principal realizar uma análise do risco de DEF em blocos de fundação na Região Metropolitana de Recife/PE - Brasil. Foi realizada a medição in loco da elevação de temperatura em 5 blocos distintos, com auxílio de instrumentação por meio de datalogger e termopares. Ainda, foi executado o teste de Duggan, com o intuito de avaliar o nível de expansão dos 3 cimentos estudados. Paralelamente, as composições químicas destes cimentos e de seus respectivos clínqueres, foram quantificadas por meio de análises de fluorescência de raios-X (FRX). O cimento X (CP II E 40) foi o que apresentou características químicas mais favorecedoras à DEF e, como reflexo, maior nível de expansão no teste de Duggan. Ressalta-se que, adições de metacaulim (8% e 16%) e sílica ativa (5% e 10%), apresentaram potencial mitigador das expansões. É importante salientar que todos os fatores relacionados às propriedades térmicas e composição química dos concretos utilizados na região, convergem para uma condição de susceptibilidade ideal no desencadeamento da DEF. Portanto, é fundamental a especificação em projeto de requisitos mínimos e básicos para evitarem-se altas temperaturas nestes elementos massivos de concreto, prevenindo-os da formação de etringita tardia.

Palavras-chave: formação de etringita tardia (DEF), composição química, temperatura, prevenção, risco.

Although the ultrasonic pulse velocity (UPV) method has been extensively used to estimate concrete compressive strength, the relationship between UPV and concrete strength is mixture dependent. As a result, the applicability of this method to estimate strength is well known to be limited. Aggregate type, cement type, mixture proportions, and water-cement ratio influence such a relationship. Nevertheless, UPV and strength are both governed by cement hydration, and thus, a relationship between UPV in the cement paste phase and concrete compressive strength would be expected to exist. By not taking into account the type and volume content of aggregates, this relationship could be the same for concrete mixtures with same type of cement and water-cement ratio, regardless the aggregate type used. This study investigates the existence of such a relationship that could be applied to several concrete mixtures, greatly expanding the use of the UPV method to estimate compressive strength.

Keywords: : compressive strength, mechanical properties, ultrasonic pulse velocity, non destructive methods

O método da velocidade do pulso ultrassônico (VPU) tem sido bastante utilizado para estimar a resistência à compressão do concreto, porém sabe-se que a relação entre a VPU e a resistência do concreto depende do traço da mistura. Como consequência, a aplicabilidade do referido método para estimativa da resistência torna-se limitada. Tipos de agregados, tipos de cimento, dosagem e relação água/cimento influenciam diretamente na relação entre VPU e resistência do concreto. No entanto, tanto a VPU quanto a resistência do material dependem da hidratação do cimento e assim é de se esperar que exista uma correlação entre a VPU na pasta de cimento e a resistência do concreto. Por não levar em consideração o tipo e volume dos agregados, esta correlação poderia ser a mesma para concretos com o mesmo tipo de cimento e relação água/ cimento, independente dos tipos de agregados utilizados nas misturas. O presente estudo investiga a existência da referida correlação. Foram preparadas em laboratório misturas de concreto com relação água/cimento 0,48, 0,55 e 0,64, com diferentes volumes de pasta. Para cada mistura e em diferentes idades, foram obtidos valores da resistência à compressão e da velocidade do pulso ultrassônico. A VPU para cada constituinte do concreto (pasta, agregado fino e agregado graúdo), foi obtida por meio de corpos de prova de pasta e de argamassa. O estudo mostrou que é possível estabelecer uma correlação única entre a VPU na pasta de cimento e a resistência à compressão do concreto. Esta correlação única poderia ser aplicada para diversas misturas, ampliando sobremaneira a aplicação da VPU para estimar a resistência à compressão do concreto.

Palavras-chave: resistência à compressão; propriedades mecânicas; velocidade de pulso ultrassônico; ensaios não destrutivos.

This paper describes a numerical simulation with 3D finite elements of a tunnel. The viscoplastic law of Perzyna represents the rockmass behavior. The concrete, shotcrete or precast, is modeled as a viscoelastic material through the Maxwell and Kelvin chain models. Finite element simulations are performed by incorporating subroutines for viscoelastic concrete models in the ANSYS code. The method to simulate tunnel excavations is by activating and deactivating elements in sequential steps. In the first part of the paper two validations are performed. The analytical solution and the deformation achieved on the stabilization in the ANSYS code are compared with an unlined tunnel. A lined tunnel, with an elastic and viscoplastic rockmass combined with an elastic lining, is compared with the results of the GEOMEC91 code. In the second part, it is compared the same tunnel with two different concrete lining for two chain models. Finally, it is modeled the Kielder experimental tunnel, which in situ measured data is available.

Keywords: finite elements, tunnel, viscoelasticity, viscoplasticity, ANSYS

Este artigo apresenta um procedimento para a simulação numérica por elementos finitos tridimensionais do processo de escavação de um túnel com revestimento em concreto. O comportamento do maciço rochoso é representado pela lei viscoplástica de Perzyna. O concreto, projetado ou pré-moldado, é modelado como um material viscoelástico através das cadeias de Maxwell e Kelvin. As simulações por elementos finitos são realizadas pela incorporação de sub-rotinas dos modelos viscoelásticos para o concreto no programa ANSYS. O método para simular a escavação do túnel é pela ativação e desativação de elementos em etapas sucessivas. Na primeira parte do artigo duas validações do modelo são apresentadas. A solução analítica e a obtida pelo programa ANSYS, para a deformação alcançada após a estabilização, são comparadas para um túnel sem revestimento. Os resultados para um túnel revestido, considerando o maciço viscoplástico e o revestimento elástico, são comparados com os valores determinados pelo programa GEOMEC91. Na segunda parte, o mesmo túnel é analisado, considerando o revestimento de concreto viscoelástico, conforme os modelos das cadeias de Maxwell e Kelvin. Finalmente, é modelado o túnel experimental de Kielder, para o qual dados medidos in situ estão disponíveis.

Palavras-chave: elementos finitos, túneis, viscoelasticidade, viscoplasticidade, ANSYS.

Abstract

This research aims to analyze the compressive stress transfer between precast concrete elements using cement mortar pads modified with polypropylene fibers, styrene-butadiene latex and heat-expanded vermiculite. The stress transfer analyses are performed interleaving a cementbearing pad between two concrete blocks, subjecting the entire specimen to different compressive load tests. The parameters analyzed in the tests are: surface roughness (using bosses on the bonded phase of different thicknesses), compressive strength with monotonic and cyclic loadings. The main results obtained in this study are: a) the presence of pad increased the strength in 24% for thicknesses of imperfections of 0.5 mm and approximately 12% for smooth faces blocks; b) gain of effectiveness of the bearing pad when the concrete strength was reduced; c) for cyclic loading, the bearing pad increased in 48% the connections strength.

Keywords: bearing pad, mortar pad, stress transfer.

O objetivo deste trabalho é analisar a transferência de tensões de compressão entre elementos de concreto pré-moldado através de almofadas de argamassa modificadas com fibras de polipropileno, látex estireno-butadieno e vermiculita termo-expandida. As análises de transferência de tensões foram realizadas intercalando uma almofada entre dois blocos de concreto e submetendo o corpo de prova a ensaios de compressão. Os parâmetros variados foram: rugosidade superficial (saliências na face ligada de diferentes espessuras), resistência à compressão do concreto dos blocos e carregamento monotônico e cíclico. Os principais resultados dos ensaios de ligação foram: a) a presença da almofada aumentou a resistência em 20% para espessuras de saliências de 0,5 mm e 30% para saliências de 1,0 mm; b) A efetividade da almofada aumentou à medida que se reduziu a resistência à compressão do concreto; c) para carregamento cíclico, a almofada de apoio aumentou em 45% a resistência da ligação.

Palavras-chave: almofada de apoio, almofada de argamassa modificada, transferência de tensões.

Abstract

The main objective of this paper is performing a comparative analysis of some design models for precast concrete corbels. For this, it was analyzed design models from Brazilian (NBR 9062) and European (EUROCODE 2) Codes and a US design handbook (PCI). Moreover, three analytical models showed in the literature are analyzed. The objective of this comparative is identifying the best design models to represent the failure load of concrete corbels by the tie yields or by the concrete crushing. Moreover, it is intended to evaluate the contribution of horizontal stirrups to resistance of concrete corbels. For this, a database was assembled from test results of concrete corbels carried out by several researchers and they are showed in the literature. The design models were applied to this database and from statistical tools, adjustments coefficients are recommended to be applied on these design models to take into account the results dispersion found in the analysis.

Keywords: corbels, precast concrete, design models, horizontal stirrup

O objetivo deste trabalho é realizar uma análise comparativa de alguns modelos de cálculo para consolos de concreto pré-moldado. Para isso, são analisados os modelos de cálculo das normas brasileiras (NBR 9062) e europeia (EUROCODE 2) e de um manual de projeto norte-americano (PCI). Além disso, são analisados três modelos de cálculo sugeridos na literatura. Busca-se nessa comparação identificar os modelos que melhor representam a força de ruína dos consolos, seja pelo escoamento do tirante ou pelo esmagamento do concreto da biela. Além disso, busca-se identificar a contribuição da armadura de costura na resistência do consolo. Para isso, foi montado um banco de dados a partir de resultados de ensaios de consolos de concreto realizados por diversos pesquisadores presentes na literatura, no qual os modelos em questão foram aplicados. Utilizando-se de ferramentas estatísticas, são definidos coeficientes de ajustes a serem aplicados aos modelos para uso em projeto e que levam em conta a dispersão de resultados encontrada na análise.

Palavras-chave: consolos, concreto pré-moldado, modelos de cálculo, armadura de costura.

Abstract

In forward cantilever structures segments are constructed from previous ones therefore, construction loads must be carried by the partially completed structure. As the cantilever is moved forward deformations increase and corrections must be applied during the construction phase. In camber control corrective displacements are applied to compensate for deformations. The proposed procedure assimilates topographical survey data collected at each construction stage to update the structural model by minimizing the differences between real and computed displacements. Concrete material properties are used as design variables in an optimization process that drives them to values that better represent the material actually used in construction. This is an iterative process where new data are assimilated at each new structural deformed configuration. New camber values are computed and applied to segments that will be cast in the future in such a way as to reach the desired final design profile. The use of the procedure conduces to residual displacements no greater than 5% of the total deformation without camber.

Keywords: forward cantilever, camber control, optimization.

Na execução do Método dos Balanços Sucessivos, os segmentos são construídos a partir do anterior e os carregamentos de construção são suportados pelos segmentos anteriores. O balanço evolui e as deformações ocorridas aumentam, necessitando aplicar medidas corretivas ainda durante a fase construtiva. O uso de contra flechas introduz deslocamentos corretivos de modo a compensar essas deformações. O método proposto assimila os dados obtidos na leitura em cada etapa executada, e minimiza a diferença entre as deformações reais e previstas. Um programa de simulação utiliza propriedades do concreto como variáveis de otimização e desta forma, o material pode representar melhor aquele utilizado na construção. Esse processo é iterativo e novos dados são assimilados ao problema prevendo uma nova configuração deformada. Assim, novos valores de contra flechas são determinados e aplicados aos segmentos que ainda não foram executados, a fim de atingir a configuração de projeto. A aplicação do procedimento permite obter deformações residuais que não ultrapassam 5% da deformação total da estrutura sem contra flechas.

Palavras-chave: balanço sucessivo, contra flecha, otimização.

Abstract

It is well known that aggregate characteristics can intensively interfere in concrete behavior especially when sulfides are presented in the aggregates. The lack of consensus to content limit value of these deleterious sulfur compounds in concrete structures for dams has motivated several investigations worldwide. Within this scenario, this work presents a methodology to evaluate the presence of pyrite and pyrrhotite in concretes produced with aggregates containing sulfides. For the study, rock samples from the Irapé hydroelectric power plant area in Minas Gerais (Brazil) were used. This plant was built in a geological site where the rock presented sulfide levels of at least 3%. These rock samples were first ground and then used as aggregates in mortars, which were, during almost one year, subjected to three different exposed conditions: temperature of 23° ± 2°C and relative humidity of 95 to 100%; calcium hydroxide solution diluted in water kept at two different temperatures: room temperature and 50° C. The presence and amount of pyrrhotite were obtained from a leaching process of the material (aggregate or mortar) in a solution of hydrochloric acid. This procedure allowed also the evaluation of the pyrite content. The results showed that the amount of pyrite has remained virtually constant over time in the three exposure situations. This finding indicates that sulfur limits in aggregates should be set according to the type of iron sulfide presented and not solely by the total amount of sulfur.

Keywords: sulfide aggregates, concrete, behavior, dams.

As características dos agregados podem interferir intensamente no comportamento do concreto, especialmente quando sulfetos, como pirita e pirrotita, estão presentes nos agregados. A falta de consenso para o valor limite do teor desses compostos de enxofre em estruturas de concreto de barragens tem motivado várias investigações em todo o mundo. Dentro desse cenário, este trabalho apresenta uma metodologia para a avaliação da presença desses compostos de enxofre em concretos fabricados com agregados contendo sulfetos. Para o estudo, foram utilizadas amostras de rochas da área de usina hidrelétrica do Irapé, em Minas Gerais (Brasil). Esta usina foi construída em um sítio geológico onde a rocha apresentava níveis de sulfeto de pelo menos 3%. Essas amostras de rochas foram moídas e depois utilizadas como agregados em argamassas submetidas durante aproximadamente um ano a três diferentes condições de exposição: temperatura de 23° ± 2ºC e umidade relativa de 95 a 100%; solução de hidróxido de cálcio diluída em água mantida em duas temperaturas diferentes: temperatura ambiente e 50°C ± 2ºC. A presença e quantidade de pirrotita foram obtidas a partir de um processo de lixiviação do material (agregado ou argamassa) numa solução de ácido clorídrico para dissolução desta, o que permitiu a avaliação do teor de pirita, sulfeto esse não dissolvido pelo ácido clorídrico. A quantidade de pirrotita foi obtida pela diferença entre o valor inicial de enxofre total da amostra e o valor após essa lixiviação. Como resultado desse estudo, observou-se que a quantidade de pirita se manteve praticamente constante ao longo do tempo nas três situações de exposição. Este resultado indica que limites de enxofre em agregados devem ser estipulados de acordo com o tipo de sulfeto de ferro presente e não unicamente pela quantidade total de enxofre.

Palavras-chave: agregados sulfetados, concreto, comportamento, barragens.