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Revista IBRACON de Estruturas e Materiais
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Open Access journal
ISSN (Online) 1983-4195
Published by SciELO

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Shear friction capacity of self-consolidating concrete
- Abstract: Abstract An experimental research was developed to evaluate shear transfer in self-consolidating. Three concrete mixes were prepared, one conventional and two self-consolidating, differing on the proportion of the coarse and fine aggregate used. Nine push-off specimens, containing steel reinforcement passing through the shear plane, were tested, to evaluate the ultimate shear stress and shear plane displacements. Shear strength of self-consolidating concrete specimens were higher than conventionally vibrated concrete. The experimental results were compared to the shear strength estimated by literature and code based equations, yielding conservative results of these equations for both types of concrete, especially the models that disregard the compressive strength of concretes. Resumo Um programa experimental foi desenvolvido para avaliar o atrito cisalhamento no concreto autoadensável. Três misturas de concreto foram preparadas, uma convencional e duas autoadensáveis, diferenciadas pela proporção de agregados miúdo e graúdo utilizada. Nove exemplares para ensaios do tipo push-off, contendo armadura transversal ao plano de cisalhamento, foram ensaiados para avaliar a tensão cisalhante última e os deslocamentos do plano de cisalhamento. A resistência ao cisalhamento do concreto autoadensável foi superior aos de concreto convencionalmente vibrado. Os resultados experimentais foram comparados com estimativas calculadas com equações da literatura e de normas de dimensionamento, demonstrando estas equações serem conservadoras para os dois tipos de concreto, especialmente em modelos que desconsideram a resistência à compressão do concreto.
Numerical analysis of the influence of block geometry on the behavior of
piled foundations
- Abstract: abstract: In recent years, engineering has significantly increased the use of numerical modeling, mainly applied in studies of solutions and analysis of the behavior of the soil - structure and foundation element interaction. In this sense, this paper analyzes the behavior of blocks foundations made up of one, two, three and four piles with 25 cm in diameter (d) and 5 m in length (L) and with unusual spacing between the piles, equal to 5d in a three-dimensional finite element numerical model (MEF-3D). The results of the numerical analyzes demonstrated an average contribution of 36% due to the block-to-ground contact in relation to the total capacity of the system. The geometry of the block influences the response in terms of load capacity and stiffness of the foundation element. These results demonstrate an opportunity to reevaluate traditional calculation requirements, with the aim of rationalizing the design of foundations, thus improving the safety of the structural system.resumo: Nos últimos anos, a engenharia tem aumentado significativamente o uso da modelagem numérica, principalmente aplicada em estudos de soluções e análise do comportamento da interação solo - estrutura e elemento de fundação. Nesse sentido, este trabalho analisa o comportamento de fundações de blocos constituídos por uma, duas, três e quatro estacas com 25 cm de diâmetro (d) e 5 m de comprimento (L) e com espaçamentos não usuais entre as estacas, igual a 5d em um modelo numérico de elemento finito tridimensional (MEF-3D). Os resultados das análises numéricas demonstraram uma contribuição média de 36% devido ao contato bloco-solo em relação à capacidade total do sistema. A geometria do bloco influencia a resposta em termos de capacidade de carga e rigidez do elemento de fundação. Estes resultados demonstram uma oportunidade de reavaliar os requisitos tradicionais de cálculo, com o objetivo de racionalizar o dimensionamento das fundações, melhorando assim a segurança do sistema estrutural.
Fracture bi-linear model parameters and brittleness of high-performance
- Abstract: ABSTRACT: Fracture tests on two high-performance concrete for pavements were performed using the wedge-split test. The results allowed perceiving the same specific fracture energy for both concrete. However, the crack opening during the tests as well as the characteristic length of the materials resulted in roundly distinct behaviors in terms of brittleness. Previous fatigue studies for both concretes are then fairly readdressed pointing out the unavoidable needs for studying the concrete brittleness as a parametric way for selecting suitable concrete proportions and materials as well as to reach its microstructural behavior in order to acquire an appropriate judgment about its fatigue performance.RESUMO: Estudos de fratura sobre dois concretos de alto desempenho para pavimentação foram realizados empregando-se o wedge-split test. Com base nos ensaios foi possível observar que a energia de fratura específica era semelhante para ambos os concretos estudados. Na realidade, apenas a medida de taxa de abertura de fissuras durante os ensaios, bem como a determinação do comprimento característico e o número de fragilidade dos materiais permitiu a sua diferenciação com clareza, apontando a relevante fragilidade de um concreto em relação ao outro. Estudos anteriores de fadiga para ambos os concretos são revisitados, permitindo concluir pela necessidade da caracterização da fragilidade de concretos como meio paramétrico de seleção de dosagens, bem como para o correto entendimento de sua microestrutura que resulta em seu comportamento à fadiga.
Numerical evaluation of the slab effective width in steel-concrete
composite box girder bridges
- Abstract: ABSTRACT: Bridges are structures built to overcome obstacles and allow continuity of transport routes. In the search for efficient construction systems, steel-concrete composite structures, especially box girder bridges, emerged. The American AASHTO and European EN 1994-2-2 standards present design procedures for this type of bridge, but there are still doubts about which portion of the concrete slab contributes to each web strength in composite section (effective width). The present paper aims to evaluate, by numerical analysis in the Abaqus® software, the concrete slab effective width and to verify whether the expressions for its calculation in composite I-girder bridges are valid for box girder sections. After analyzing the results, it was found that the standards recommendations for composite I-girder cannot be applied directly to box girders. Finally, based on the numerical analysis, an equation was proposed to calculate the effective width of steel-concrete composite box girder bridges.RESUMO: Pontes são estruturas construídas para vencer obstáculos e permitir a continuidade de vias de transporte. Na busca por sistemas construtivos eficientes, vieram à tona as estruturas mistas de aço e concreto, em especial as pontes em seção caixão. As normas americanas AASHTO e europeias EN 1994-2-2 procedimentos de projeto para essa tipologia de pontes, porém ainda há dúvidas sobre qual parcela do tabuleiro contribui para a resistência de cada alma da seção mista (largura efetiva). O presente trabalho busca avaliar numericamente no software Abaqus®, a largura efetiva da laje de concreto e verificar se as expressões existentes perfis tipo “I” são válidas para perfis do tipo caixão. Após a análise dos resultados, constatou-se que as recomendações normativas para vigas mistas com seções tipo “I” não podem ser aplicadas diretamente para seções do tipo caixão. Por fim, com base nos resultados, propôs-se uma equação para o cálculo da largura efetiva de pontes mistas de aço e concreto em seção caixão.
Analysis of constructive effect and soil-structure interaction in tall
building projects with shallow foundations on sandy soils
- Abstract: Abstract: The influence of incremental constructive effects (IE) and soil-structure interaction (SSI) on high-rise buildings of reinforced concrete with shallow foundations on sandy soils were analyzed. IE and SSI evaluations were carried out by the parameters of global instability, maximum horizontal displacements, foundation loads, and settlements of a symmetrical and non-symmetrical plant of a 23-storey building For the analysis of the IE, the variation of the modulus of elasticity was considered over time along with the phases of application of loads in the building. For ISS analysis, the continuous medium was considered, and the calculation model considers a multi-spring-mass system under the foundation of the building. The results show a significant redistribution in the foundation efforts and suggest that a failure in considering these effects along with the structure can lead to projects that do not meet the standard specifications regarding stability parameters and overall structure displacements.RESUMO: Neste artigo analisa-se a influência dos efeitos construtivos incrementais (EI) e da interação solo estrutura (ISE) em edifícios altos de concreto armado com fundações superficiais assentes sobre solos arenosos. Foram realizadas avaliações dos EI e ISE nos parâmetros de instabilidade global, deslocamentos horizontais máximos, cargas de fundação e recalques de uma planta simétrica e uma não simétrica de um edifício com 23pavimentos. Para análise do EI considerou-se a variação do módulo de elasticidade ao longo do tempo, bem como as fases de aplicação de cargas na edificação. Para análise do ISE foi considerado o meio contínuo e o modelo de cálculo considera uma série de molas discretas sob a base da fundação da edificação. Os resultados mostram uma redistribuição significativa nos esforços da fundação e sugerem que a não consideração desses efeitos em conjunto na estrutura pode levar a projetos que não atendam as especificações de norma quanto aos parâmetros de estabilidade e deslocamentos globais da estrutura.
Second-order torsion effects in concrete buildings
- Abstract: ABSTRACT: The internal forces due to torsion in global analysis of buildings, and its second-order effects, usually are not properly considered in structural design or even in design code’s prescriptions. Although the γZ coefficient, which is used to the evaluation of global second-order effects, has a wide, useful and consolidated application, it is true that specific torsional aspects are not well considered by it. This paper discusses the little-known γθ coefficient, an analogous proposition to the γZ coefficient, but focused specifically on the consideration of torsional effects. After the discussion on the concepts and the design methodology, several buildings are evaluated and their displacements and the coefficients γZ and γθ are calculated. Comparing these parameters, and also the results obtained by the P–Δ method, it is demonstrated the importance and the reliability of the γθ coefficient.RESUMO: Os esforços torcionais na análise global de edifícios, e seus respectivos efeitos de segunda-ordem, usualmente não são adequadamente considerados, seja na prática de projetos ou mesmo nas prescrições normativas. Embora o coeficiente γZ de avaliação dos esforços globais de segunda-ordem tenha uma larga, útil e consolidada aplicação, é fato que os aspectos específicos de torção não são bem representados por este parâmetro. Este artigo discute o pouco difundido coeficiente γθ, proposta análoga ao γZ, voltado especificamente para a consideração dos efeitos rotacionais. Após a discussão dos conceitos e da metodologia de cálculo, diversos edifícios são avaliados, calculando-se seus deslocamentos e os parâmetros γZ e γθ, comparando-os entre si e com os resultados obtidos pelo método P–Δ, demonstrando, dessa forma, a importância e a confiabilidade do coeficiente γθ.
A simplified numerical and analytical study for assessing the seismic
response of a gravity concrete lock
- Abstract: ABSTRACT: This work presents the dynamic response of a lock subjected to the horizontal S0E component of the El Centro earthquake for empty and completely filled water chamber cases, by coupled fluid-structure analysis. Initially, the lock was studied by approximation, considering it similar to the case of a double piston coupled to a two-dimensional acoustic cavity (tank), representing a simplified analytical model of the fluid-structure problem. This analytical formulation can be compared with numerical results, in order to qualify the responses of the ultimate problem to be investigated. In all the analyses performed, modeling and numerical simulations were done using the finite element method (FEM), supported by the commercial software ANSYS.RESUMO: Este trabalho apresenta a resposta dinâmica de uma eclusa submetida à componente horizontal S0E do terremoto ocorrido em El Centro, para os casos de câmara de água vazia e completamente cheia, por meio de uma análise acoplada fluido-estrutura. Inicialmente, estudou-se a eclusa de forma aproximada, considerando-a semelhante ao caso de um pistão duplo acoplado a uma cavidade acústica bidimensional (tanque), que representa um modelo analítico simplificado do problema fluido-estrutura. Esta formulação analítica pode ser comparada com resultados numéricos, com vistas a qualificar as respostas do problema final a ser investigado. Em todas as análises realizadas, o modelamento e as simulações numéricas foram feitos pelo método dos elementos finitos (MEF), com apoio do software comercial ANSYS.
Influence of cement type, air-entrained admixture and hydration
stabilizing admixture on mortars’ setting time
- Abstract: ABSTRACT: Ready mix mortar is a ready to use mixture that uses hydration stabilizing (HSA) and air-entrained (AEA) admixtures in its composition, which modify its properties, especially the setting times. HSA extends the setting time of mortars for a long period, while AEA promotes a greater workability to the mixture. The study determined the temperature of the mortars with the evaluation of the setting times obtained by a semi-adiabatic calorimeter. Two types of cement (CPII-F-40 e CPII-Z-32) and varied contents of HSA (0.0%, 0.6% e 0.9%) and AEA (0.0%, 0.2% e 0.4%) were used. The results showed that the use of HSA decreased the amplitude of the temperature peaks and increased the setting times with cement CPII-Z-32 in relation to cement CPII-F-40. The setting time of the mortars was influenced by the type of cement used and by the contents of the admixtures.RESUMO: A argamassa estabilizada é uma mistura pronta que faz uso dos aditivos estabilizador de hidratação (AEH) e incorporador de ar (AIA) em sua composição, os quais modificam suas propriedades, principalmente, os tempos de pega. O AEH prorroga o tempo de pega das argamassas por um longo período, enquanto o AIA promove maior trabalhabilidade à mistura. O estudo determinou a temperatura de argamassas com a avaliação dos tempos de pega obtidos em calorímetro semi-adiabático. Foram utilizados dois tipos de cimento (CPII-F-40 e CPII-Z-32) e variados os teores de AEH (0.0%, 0.6% e 0.9%) e AIA (0.0%, 0.2% e 0.4%). Os resultados mostraram que o uso de AEH diminuiu a amplitude dos picos de temperatura e aumentou os tempos de pega das argamassas com o cimento CPII-Z-32 em relação ao cimento CPII-F-40. O tempo de pega das argamassas foi influenciado pelo tipo do cimento utilizado e pelos teores de aditivos.
Shear failure in reinforced concrete members without transverse
reinforcement: analysis of model error of NBR6118:2014
- Abstract: Abstract This article presents an analysis of NBR6118:2014 models used to determine the one-way shear strength in reinforced concrete members without transversal reinforcement. The study compares model predictions with 751 experimental results, taken from the 2015 ACI-DAfStb database and from Quach. Model errors are quantified. Mean values observed are around unity, indicating models with no bias, but coefficients of variation are large. Model error trends are identified with respect to cross-section depth and longitudinal reinforcement rate. In elements with low rate of longitudinal reinforcement and/or large cross-section depths, the normative models provide results with low safety. This shows the need for revision of the normative models. By means of non-linear regression analysis, two correction terms are proposed to consider the longitudinal reinforcement rate and the size effect (decrease in shear strength with increase in section depth). With the proposed corrections, the observed trends are eliminated, and the design equation becomes more accurate with respect to cross-section shear.Resumo Este artigo apresenta um estudo do modelo da NBR6118:2014 para determinação da contribuição de resistência do concreto no cisalhamento unidirecional em elementos de concreto armado sem armadura transversal. O estudo é feito a partir da comparação entre previsões normativas e 751 resultados experimentais, provenientes do banco de dados ACI-DAfStb de 2015 e Quach. A variável erro de modelo é quantificada. Verifica-se uma média próxima da unidade (modelo sem bias), porém com elevado coeficiente de variação. São observadas tendências dos resultados principalmente em relação aos parâmetros altura útil e taxa de armadura longitudinal. Em elementos com baixa taxa de armadura longitudinal e/ou grandes alturas, o modelo normativo fornece resultados inseguros, o que enseja a necessidade de revisão. A partir da regressão não-linear, são propostas neste trabalho duas correções para o modelo de cálculo da NBR6118:2014. Uma considera a taxa de armadura longitudinal, e outra endereça o efeito de escala (diminuição de resistência ao cisalhamento com aumento da altura útil). Utilizando as correções propostas, observa-se eliminação das tendenciosidades, em termos de taxa de armadura longitudinal e altura útil, e melhora na previsão do modelo.
Numerical analysis of RC wall with opening and strengthened with CFRP
- Abstract: Abstract The present work simulates and analyzes numerically two one-way walls (OW) with a central unforeseen cut-out-opening, which were previously tested experimentally. The models are based in the Finite Element Method and consider nonlinear behavior of the concrete material, such as hardening/softening and fracture. The first wall model was analyzed without any type of strengthening whereas the second one was strengthened using externally bonded CFRP along the opening edges. The strengthening modeling process was discussed through three different approaches suitable for unidirectional CFRP wrap. Load results were presented with load-displacement and load-strain curves that evidenced the flexural behavior of these structures. The crack pattern and failure mode observed showed good agreement with reported literature. The CFRP strengthening presented a small influence in the load capacity for big opening size.Resumo O presente trabalho simula e analisa numericamente duas paredes de uma direção (UD) com abertura não prevista, as quais foram testadas previamente de forma experimental. Os modelos se baseiam no Método de Elementos Finitos e consideram o comportamento não linear do concreto, como o endurecimento/amolecimento e fratura. O primeiro modelo de parede foi analisado sem reforço estrutural, enquanto o segundo foi reforçado com PRFC colado externamente envolvendo a abertura. O processo de modelagem do reforço é discutido através de três diferentes abordagens que são adequadas a tecidos unidirecionais de PRFC. Os resultados de carga são apresentados em gráficos carga-deslocamento e carga-deformação que evidenciam o comportamento a flexão desses elementos. O padrão de fissuração e modo de ruptura observado mostra boa concordância com o reportado na literatura. O reforço com PRFC apresentou uma pequena influência na capacidade de carga para a maior abertura.
Current condition of the exposed concrete façades reinforcement of the
Vilanova Artigas building: modern architectural heritage
- Abstract: abstract: The heritage of modern architecture in exposed reinforced concrete has been shown pathological manifestations affecting the structural safety and functionality of the buildings. The manifestations are, primarily, associated with the steel corrosion; however published data obtained from site surveys, on the Brazilian architectural heritage and related to the issue, are still scarce in the literature. Thus, the aim of the study is to assess the current condition of the exposed concrete façades reinforcement of the Vilanova Artigas building, a Brazilian architectural heritage, opened in 1969. Legal restrictions limited the destructive tests and sampling areas. The history of the interventions, environmental aggressiveness and preliminary inspection (in the parent concrete and patch repairs) provided qualified information for analyzing in situ testing results. In the sampling areas physical, chemical and electrochemical tests were carried out. The façades surfaces are naturally porous, irregular, with concrete segregation and corrosion products stains; 24% of the concrete was replaced with proprietary mortar repair. In patch repairs, the average carbonation depth ranged from 3 to 29 mm, in concrete it ranged from 15 to 30 mm. The reinforcement cover ranged from 8 to 33 mm. Corrosion potential maps, with equipotential lines drawn at 50 mV intervals, indicated the corrosion-prone areas, where there is a concentration of lines with a variation equal to or greater than 150 mV. The presence of corrosion products, detected in the visual examination of the reinforcement under the patch repairs, validated the active corrosion state. The rough surface of the concrete, the low cover to depassivated reinforcement and the active corrosion state emphasize the need for monitoring the façades and the urgency of implementing a preventive maintenance plan, along with a conservation project in order to preserve the heritage values of the building.resumo: O patrimônio da arquitetura moderna de concreto armado aparente tem apresentado manifestações patológicas que afetam a sua segurança estrutural e funcionalidade. As manifestações estão, principalmente, vinculadas à corrosão do aço, entretanto dados de levantamentos de campo, realizados no patrimônio arquitetônico brasileiro e vinculados ao tema, ainda são escassos na literatura. Portanto, o objetivo do estudo é avaliar o estado de conservação das armaduras das empenas de concreto aparente do edifício Vilanova Artigas, patrimônio cultural da arquitetura brasileira, inaugurado em 1969. Restrições legais limitaram os ensaios destrutivos e áreas de amostragem. O histórico de intervenções, a agressividade ambiental e a inspeção preliminar (do concreto original e das áreas recuperadas com argamassa de reparo) compuseram a base para a análise dos resultados. Nas áreas de amostragem foram feitos ensaios físicos, químicos e eletroquímicos. A superfície do concreto é naturalmente porosa, irregular, com segregação e manchas de produtos de corrosão; 24% do concreto foi substituído por argamassa de reparo. Nos reparos a profundidade média de carbonatação variou de 3 a 29 mm, no concreto variou de 15 a 30 mm. O cobrimento da armadura variou de 8 a 33 mm. Mapas de potencial de corrosão, com linhas equipotenciais traçadas em intervalos de 50 mV, indicaram as regiões mais propensas à corrosão onde há concentração de linhas com variação igual ou superior a 150 mV. O estado ativo da corrosão foi confirmado pela presença de produtos de corrosão, detectados no exame visual das armaduras sob a argamassa de reparo. O aspecto irregular da superfície do concreto, o baixo cobrimento da armadura - já despassivada - e o estado de corrosão ativo evidenciam a necessidade de monitoramento das empenas e a urgência da implementação de um plano de manutenção preventiva, combinado a um projeto de conservação para a salvaguarda dos valores patrimoniais do edifício.
Reinforced concrete flat slabs with openings at different distances from
the column
- Abstract: abstract: The increase in the use of flat slabs and the need of the openings for the passage of installations, such as hydraulic and electrical, which significantly reduces the punching shear resistance capacity of the slab, makes the understanding of the influence of openings in this type of structure extremely necessary. The influence in the structural behaviour of flat slabs with openings at different distances from the column was investigated through five square slabs (1,800 mm x 1,800 mm x 130 mm) supported on square columns (150 mm x 150 mm) tested until failure. The results obtained experimentally were compared with results available in the literature, as well as with responses predicted from the normative instructions. The results confirm high stresses concentration in the region between the column and the opening and that opening situated at 3d from the column have no influence on the failure load for the tested slabs.resumo: Com o aumento da utilização de lajes lisas e a necessidade da presença de aberturas para a passage de instalações hidráulicas e elétricas, que reduzem de forma acentuada a capacidade resistente à punção, o entendimento da influência de aberturas nesse tipo de estrutura se torna extremamente necessária. A influência no comportamento estrutural de lajes lisas com aberturas em diferentes distâncias do pilar foi investigada por meio de cinco lajes quadradas (1.800 mm x 1.800 mm x 130 mm), apoiadas sobre pilares quadrados (150 mm x 150 mm) e testadas até a ruptura. Os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com resultados disponíveis na literatura, bem como com respostas previstas por meio de instruções normativas. Os experimentos mostram concentração elevada de tensões na região critica entre o pilar e a abertura e que a partir de 3d a abertura passa a não ter mais influência na carga de ruptura da laje.