This paper presents a nonlinear static analysis of a reinforced concrete plane frame. It has as main objective is to realize a global stability verification of a plane frame, by using geometric stiffness matrix. In order to obtain first and second order combined effects, equilibrium and kinematic relations were studied in the deformed geometric configuration. These results were obtained by using geometric stiffness matrix and multiplying horizontal forces by Gamma-Z coefficient. Both procedures disclosed very similar results in the study, indicating that Gamma-Z can be used to study equilibrium and kinematic relations in deformed geometrical configuration of the structure.

Keywords: nonlinear analysis, instability, second order analysis, Gamma-Z

Neste artigo apresenta-se a análise estática não linear de um pórtico plano de concreto armado. Tem-se como objetivo geral realizar a análise de verificação de estabilidade global de um pórtico plano, com utilização da matriz de rigidez geométrica. Para a obtenção dos efeitos combinados de primeira e segunda ordem, o equilíbrio e as relações cinemáticas foram estudadas na configuração geométrica deformada. Estes resultados foram obtidos por meio de utilização da matriz de rigidez geométrica e por meio da multiplicação dos esforços horizontais (característicos) pelo coeficiente Gama-Z. Ambos os procedimentos apresentaram resultados muito próximos, no estudo, o que indica que o Gama-Z pode ser utilizado para o estudo do equilíbrio e das relações cinemáticas na configuração geométrica deformada da estrutura.

Palavras-chave: análise não linear, instabilidade, análise de segunda ordem, Gama-Z.

Cylindrical specimens whose diameter is equal to half its height have been used worldwide. The statistical scattering in experimental testing of cementitious materials is a phenomenon known in literature and one reason is linked to the geometry of the specimens, which implies the possibility of different failure modes. This paper shows the evaluation of an hourglass-shaped sample , in which the highest stress occurs at the centre of the specimen, with negligible influence of stress distribuition from its ends. An amount of 260 cylindrical and hourglass samples were tested, with varying water/cement ratio and age. FEM analyses showed that stress in the central part of the hourglass specimens is 2.25 higher than that present at its ends. Modes of failure occured in differente ways in cylindrical specimens, whereas only one mode of failure was verified in hourglass specimens. The cylindrical samples showed bimodal frequency distribution, demonstrating the influence of the central part (material properties) and of its ends (boundary conditions), while the hourglass displayed a Gaussian distribution.

Keywords: hourglass, specimen geometry, compressive strength, cementitious material, FEM.

Corpos de prova cilíndricos com diâmetros iguais à medtade da altura tem sido empregados em todo o mundo. A dispersão estatística de resultados em experimentos com materiais cimentícios é um fenômeno conhecido da literatura e uma das razões deste fenômeno corresponde à geometria dos corpos de prova, o que pode explicar a ocorrência de diferentes modos de ruptura. Este trabalho mostra a avaliação de corpos de prova na forma de ampulheta, com a imposição de que tensões de ruptura ocorram em sua parte central, tornando desprezível a influência das condições de contorno de suas extremidades (pratos da máquina universal de ensaios). Um total de 260 corpos de prova cilíndricos e na forma de ampulheta foram testados, variando-se o fator água/cimento, empregando concreto e argamassa além da variação das dimensões dos corpos de prova. O método dos elementos finitos foi emprgado para analisar as tensões despertadas nos modelos. As análises mostraram que as tensões máximas ocorrem na parte central das amostras de ampulheta com valor 2,25 maior do que as tensões despertadas em suas extremidades. Os ensaios mostraram que ocorreram diferentes modos de ruptura nas amostras cilíndricas, enquanto que nas amostras na forma de ampulheta um único modo de ruptura foi observado. Além disso, enquanto as amostras cilíndricas mostraram distribuições de Gauss bimodais para as frequências dos resultados, o que parece demonstrar a influência da propriedade do material (parte central) e a influência dos pratos da máquina de ensaiso (condições de contorno), as amostras na forma de ampulheta apresentaram sempre distribuições de Gauss unimodais para os resultados.

Palavras-chave: ampulheta, geometria de corpo de prova, resistência à compressão, material cementício, método dos elementos finitos.

Abstract

This study deals with the application of the filter paper method to determine water retention curves for mortar and concrete samples. A water retention curve exhibits the relationship between water content and energy state in interstitial water, normally expressed as a negative value when compare to normal conditions of temperature and pressure, being referred to as suction. Considering the water retention curve as a basic characterization tool for unsaturated soils, its usage in the engineering field concerning most of the construction materials remains as a pending task. However, stating that not only permeability, but also the water retention curve performs a significant role for water and soluble substances flow through a material’s pores makes this observation essential for life-span estimation in cases like reinforced-concrete structures. This research paper offers results for water retention curves obtained in mortar and concrete samples. The experimental curves went through a fitting adjustment process using Van Genutchen’s [1] model, showing consistency with the obtained results. Furthermore, the water/cement mix ratio does not indicate or suggest a direct influence for water retention curves.

Keywords: : water retention curves, suction, filter paper, concrete, mortar

Este trabalho trata do uso da técnica do papel-filtro para a obtenção, em laboratório, de curvas de retenção de água em corpos de prova de argamassa e concreto. A curva de retenção correlaciona o conteúdo de água de meios porosos com o estado de energia da água intersticial, que em condições não saturadas (vazios não totalmente preenchidos por água) é normalmente negativo em relação às condições normais de temperatura e pressão, sendo denominado de sucção. Embora possa ser descrita como uma ferramenta básica de caracterização de solos não saturados, o uso da curva de retenção em concretos e argamassas ainda não foi introduzido na prática da engenharia para a maioria dos materiais de construção. Pode-se dizer, contudo, que não somente a permeabilidade, mas também a curva de retenção desempenha um papel fundamental no fluxo de água e substâncias solúveis pelos poros do material, sendo imprescindível o seu conhecimento, para, por exemplo, estimar a vida útil das estruturas de concreto armado. São apresentados resultados de ensaios de sucção total pelo método do papel-filtro, os quais permitiram determinar curvas de retenção para corpos de prova de concreto e argamassa. Estas curvas foram ajustadas segundo o modelo de Van Genutchen [1], o qual apresentou boa aderência aos valores experimentais. Não foi possível observar influência significativa da relação água-cimento nas curvas de retenção obtidas.

Palavras-chave: curva de retenção, sucção, papel-filtro, concreto, argamassa.

This paper presents an automatic procedure using the membrane theory of shells to analyse and define geometries for axisymmetric domes subjected to its own weight, varying its thickness and bend radius, to obtain constant normal stresses along the structure. The procedure offers a great advantage over the analytic solution of the problem and usual shell numerical methods when one wants to determine the dome geometry with constant stresses, since the presented procedure has the goal stress as input value for obtaining the geometry, as opposed to the usual numerical methods, where the reverse occurs. An example clarifies the differences between a spherical dome with constant thickness and a dome subjected to constant stress. The convergence of the method for a specific material weight and stress for a dome are also presented.

Keywords: domes, thin shells, membrane theory, meridional stress, tangential stress.

Este artigo apresenta um processo pela teoria de membrana para cúpulas submetidas ao peso próprio, com variação de espessura e raios de curvatura, de modo a obter tensões normais tangenciais e meridionais constantes. O processo apresenta grande vantagem sobre a solução analítica do problema e de métodos numéricos usuais de casca, como o Método dos Elementos Finitos, quando se deseja determinar a geometria da cúpula em função de apenas uma tensão solicitante constante. Um exemplo explicita as diferenças entre uma cúpula esférica com espessura constante e uma cúpula com tensões constantes submetida ao peso próprio. A verificação da convergência do método para uma tensão solicitante e peso específico do material de uma cúpula também são apresentados. O processo mostra que cúpulas submetidas ao peso próprio têm uma geometria bem diferente das equivalentes em raio inicial esféricas. A precisão dos resultados é função do passo Δφ, os quais convergem rapidamente.

Palavras-chave: cúpulas, cascas finas, teoria de membrana, tensões meridionais, tensões tangenciais.

Abstract

Alkali-aggregate reaction is a chemical reaction between cement alkalis and some reactive mineral present in some aggregates, leading to concrete expansion and cracking. One kind usually observed and studied in Brazil is the alkali-silica reaction, due to its fast development. There are several methods that are effective to control and mitigate this reaction, and one of them is the partial replacement of cement by mineral additions such as pozzolans like fly-ash, silica fume and slag. In this study, we propose the use of electrical steel slag as a partial replacement of cement, evaluating its effectiveness by NBR 15577:2008, employing different proportions as replacement. It seems that the electrical steel slag, despite its expansive behavior, has been effective in the control of the ASR.

Keywords: concrete expansion, alkali-aggregate reaction. alkali-silica reaction, pozzolans, steel slag

A reação álcali-agregado (RAA) é uma reação que ocorre entre os álcalis do cimento e alguns compostos minerais presentes em determinados agregados, gerando consequências ao concreto, como por exemplo, fissuração. A reação com maiores ocorrências registrada no Brasil é a reação álcali-sílica (RAS), devido à rapidez com que esta ocorre em função das formas minerais reativas envolvidas. Vários métodos estudados já se comprovaram eficazes para o controle desta reação, sendo um deles a substituição parcial de cimento por adições como as pozolanas, dentre as quais podem ser citadas as cinzas volantes e as escórias de origem siderúrgica. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo o estudo da utilização da escória de aciaria elétrica como redutor da reação álcali-agregado, sendo desenvolvido com base nas orientações da NBR 15577:2008 Agregados – Reatividade Álcali-Agregado, avaliado para diferentes proporções de substituição parcial de cimento por escória. A escória de aciaria elétrica, uma pozolana não tradicional resultante do processo de produção do aço e de características expansivas, teve êxito ao reduzir a expansão da RAS.

Palavras-chave: expansão do concreto, reação álcali-agregado, reação álcali-sílica, pozolanas, escória de aciaria.

Abstract

This paper presents the use of the technique of digital image correlation for obtaining the elasticity modulus of concrete. The proposed system uses a USB microscope that captures images at a rate of five frames per second. The stored data are correlated with the applied loads, and a stress-strain curve is generated to determine the concrete compressive modulus of elasticity. Two different concretes were produced and tested using the proposed system. The results were compared with the results obtained using a traditional strain gauge. It was observed a difference in the range of 4% between the two methods, wherein this difference depends on some parameters in the case of the DIC results, as focal length and a video capture resolution, indicating that DIC technique can be used to obtain mechanical properties of concrete.

Keywords: experimental testing, concrete strain, concrete structures.

O presente artigo apresenta o uso da técnica de correlação de imagem digital para a obtenção do módulo de elasticidade do concreto. O sistema proposto utiliza um microscópio USB que capta as imagens a uma taxa de 5 quadros por segundo. Posteriormente, os dados armazenados são compatibilizados com as cargas aplicadas e a curva tensão-deformação é gerada para determinação do módulo de elasticidade longitudinal do concreto à compressão. Dois concretos distintos foram produzidos e ensaiados utilizando o sistema proposto. Os resultados foram comparados com os obtidos com a metodologia tradicional, que utiliza Clips Gauges. Foi observada uma diferença na faixa de 4% entre os dois métodos, sendo que essa diferença depende de alguns parâmetros no caso dos resultados do DIC, a distância focal e a resolução do vídeo, indicando que a técnica de correlação de imagem digital pode ser utilizada para a obtenção de propriedades mecânicas do concreto.

Palavras-chave: análise experimental, deformação do concreto, estruturas de concreto.

Abstract

This paper shows the analysis performed on the corrosion parameters of three groups of reinforcing steel bars, two of these coated by electroplating process with Zinc (Zn) and Zinc-Nickel (Zn-Ni), and the other without any coating. It was used reinforced concrete specimens, which ones were grouped and then subjected to two different corrosion accelerating methods: aging wetting/drying cycles and salt spray exposure. Corrosion potential was measured to qualitative monitoring of the process and, after the end of the tests, corrosion rate was estimated by measuring the mass loss, to quantitative analyses. As it was expected, coated bars presented a better performance than the average bars regarding the corrosion resistance in chloride ions containing environments. It was also observed that the drying/ NaCl solution wetting cycles seems to be more severe than salt spray fog apparatus with respect to the acceleration of corrosion process.

Keywords: electroplating, zinc, reinforced concrete, corrosion

O presente trabalho avaliou os parâmetros de corrosão das barras de aço revestidas com Zinco (Zn) e com a liga Zinco-Níquel (Zn-Ni), por eletrodeposição, comparando-as com as tradicionalmente utilizadas, sem revestimento. Para isso, utilizaram-se amostras de concreto armado que foram submetidas a ensaios acelerados de corrosão por ação de cloretos (câmara de névoa salina – “salt spray” e ciclos de imersão e secagem). O potencial de corrosão das armaduras foi medido para monitoramento qualitativo do processo e, após o fim dos ensaios, estimaram-se as taxas de corrosão das barras, através da perda de massa, para análise quantitativa. As barras revestidas com Zn e Zn-Ni se mostraram mais resistentes à corrosão, quando comparadas com as barras convencionais, em ambientes com forte ação de cloretos e o envelhecimento por ciclos se mostrou muito mais eficiente na aceleração do processo de corrosão.

Palavras-chave: : eletrodeposição, zinco, concreto armado, corrosão

Abstract

This paper presents an experimental study of the effect of partially replace of fine aggregate by sugarcane bagasse ash (CBA) in mortar mixtures in cement reactivity at early ages. The setting times and the initial development of the ultrasonic velocity for mortars produced at various water/ cement ratios were evaluated. The objective of this study was to characterize the effects of the partial replacement of fine aggregate by sugarcane bagasse ash in the initial process of cement hydration. Therefore, the CBA used in this study went through different beneficiation processes, by grinding, reburning and sieving, with the objective of improve its features. The results suggest the viability of CBA use to accelerate cement hydration at early ages, with also an observed higher compressive strength.

Keywords: sugarcane bagasse ash, mortar, ultrasound, sustainability.

Este trabalho apresenta um estudo experimental do efeito da utilização da cinza do bagaço da cana-de-açúcar (CBC) em substituição parcial do agregado miúdo em misturas de argamassa na reatividade do cimento em idades iniciais, avaliando-se os tempos de pega de misturas de argamassa com variadas relações água/cimento, assim como o desenvolvimento inicial da velocidade dos pulsos ultrassônicos. O objetivo deste trabalho é a caracterização dos efeitos da substituição parcial de agregados miúdos por cinzas do bagaço da cana-de-açúcar no processo inicial da hidratação do cimento. Para tanto, a CBC utilizada neste estudo passou por diferentes processos de beneficiamento, através de moagem, requeima e peneiramento, com o objetivo de melhorar suas características. Os resultados do estudo sugerem a viabilidade do uso de CBC em misturas cimentícias, para aceleração da hidratação nas primeiras idades e maiores resistências à compressão ao longo do tempo.

Palavras-chave: : cinza do bagaço da cana-de-açúcar, argamassa, ultrassom, sustentabilidade