Abstract This research evaluated the flexo-compression behavior in the rigidity of the beam-pillar connection with the use of bamboo armor of the species bamboo vulgaris as an alternative replacement to conventional steel reinforcement, in the expectation of using an alternative material with ecological biases. They have manufactured reinforced concrete pillars of length 1,600 mm and cross-sections (140 x 140) mm² and (140 x 310) mm² were made, respectively, in the internal stretch and at the ends of the pillar, simulating the beam-pillar connection. The pillars had as their only variable the longitudinal reinforcement rate, of 1.03% for the conventional pillar, of 2.14%, 3.21% and 4.29% for the pillars with the bamboo. The results regarding the resistant capacity showed that the pillar with the bamboo rate of 4.29%, that is, with the reinforcement area four times the steel area, presented similar behavior to the pillar with conventional reinforcement and had the lowest ductility index, considerably reducing the propagation of cracks. And the theoretical estimates showed variability of only 9%. Thus, bamboo, with an adequate rate and adhesion, revealed a technically viable and sustainable alternative to steel in the manufacture of reinforced concrete structural elements.

Resumo Esta pesquisa avaliou o comportamento de flexocompressão na rigidez da conexão viga-pilar com o uso de armadura de bambu da espécie Bambusa vulgaris como alternativa de substituição à armadura convencional de aço, na expectativa de utilizar um material com viés ecológico. Foram confeccionados 4 pilares de concreto armado de comprimento 1.600 mm e de seções transversais de 140x140 mm² e de 140x310 mm² no trecho interno e nas extremidades do pilar respectivamente, simulando a conexão viga-pilar. Os pilares tinham como única variável a taxa de armadura longitudinal, de 1,03% para o pilar convencional, de 2,14%, 3,21% e 4,29% para os pilares com o bambu. Os resultados quanto à capacidade resistente mostraram que o pilar com a taxa de bambu de 4,29%, ou seja, com a área de armadura quatro vezes a área do aço, apresentou comportamento similar ao pilar com armadura convencional e teve o menor índice de ductilidade, reduzindo consideravelmente a propagação das fissuras. As estimativas teóricas apresentaram variabilidade de apenas 9%. Assim, o bambu, com taxa e aderência adequadas, revelou-se uma alternativa tecnicamente viável e sustentável ao aço na fabricação de elementos estruturais de concreto armado.

Abstract Analytical and computational calibrations and subsequent parametric analyses were performed on the four UHPFRC beams under flexure to estimate their actual shear strength. The computational models were calibrated using different values for the CDP parameters, and a finite element mesh sensitivity study was conducted. These models predicted the experimental behavior satisfactorily, and the analytical model was also able to find the beams’ failure loads and proved to be a simple tool to estimate their behavior. The parametric analysis showed that the current beams did not require stirrups once the UHPFRC had high shear strength, and the maximum shear capacity was accurately determined.

Abstract The increasing aluminum production demands larger volumes of bauxite residue (BR) to be stored in the Amazon region. There are millions of tons of waste without reuse but with high potential for use in civil construction as artifacts or components for concrete. Due to the significant consumption of coarse aggregates for concrete, there is the possibility of producing synthetic aggregate (SA) from bauxite residue, containing high levels of residue (70%, 80% and 90%), maintaining satisfactory levels of resistance and durability. To evaluate this new product, two beams were made with conventional aggregate (gravel) and the others with SA. For the evaluation of the shear strength, friezes were made to fix the failure surface, aiming to reduce the influences of the arch action on the shear strength, inducing the failure in the brittle section. The friezes presented inclinations of 30° or 45°, according to the calculation models of the Brazilian code for concrete structures. All beams were subjected to bending test until failure. The results showed that the SA has potential for use in reinforced concrete structures, presenting a similar performance to the conventional aggregate. The results also showed the preponderance of tensile when the a/d ratio increases, evidencing the greater contribution of the coarse aggregate with the increase of the strut inclination.

Resumo A crescente produção de alumínio demanda crescentes volumes de resíduo da bauxita (RB) a serem estocados na região Amazônica. São milhões de toneladas de resíduo sem reaproveitamento, mas com elevado potencial para utilização na construção civil como artefatos ou insumos para concretos. Devido ao significativo consumo de agregados graúdos para concretos, tem-se a possibilidade de produção de agregado sintético (AS) de RB, contendo elevados teores do resíduo (70%, 80% e 90%), mantendo-se níveis satisfatórios de resistência. Para avaliar o novo produto, foram confeccionadas duas vigas com agregado convencional (brita) e outras duas com AS. Para a avaliação da resistência ao cisalhamento, foram feitos frisos (entalhes em angulações pré-definidas) para fixação da superfície de ruptura, visando reduzir as influências do efeito de arco na absorção do esforço cortante, induzindo a ruptura por cisalhamento na seção. Os frisos apresentaram inclinação de 30° e 45°, de acordo com os modelos de cálculo recomendados pela norma brasileira. As vigas foram submetidas a ensaios de flexão até a ruptura. Os resultados mostram que o AS apresenta potencial para uso em estruturas de concreto armado, com desempenho similar ao agregado convencional. Os resultados mostram ainda, a preponderância da tração diagonal à medida que a relação a/d aumenta, evidenciando a maior contribuição do agregado por efeito de engrenamento com o aumento da inclinação da biela.

Resumo Algumas recomendações normativas são conservadoras em relação à resistência ao cisalhamento de vigas de concreto armado, não levando diretamente em consideração a taxa de armadura longitudinal. Assim, foi realizado um experimento contendo 8 vigas de (100 x 250) mm2 e comprimento de 1.200 mm, com concreto de resistência à compressão de 20 MPa com e sem adição de 1,00% de fibra de aço, sem estribos e variando-se a taxa de armadura de flexão. As capacidades de cisalhamento experimentais em comparação com as estimativas das principais normas foram analisadas. Os resultados mostraram que o aumento da taxa de armadura longitudinal de 0,87% para 2,14% em vigas sem fibra de aço levou a uma melhoria de 59% na resistência ao cisalhamento causada pelo efeito de pino, enquanto a melhoria correspondente foi de apenas 22% em vigas de concreto fibroso. Um ganho máximo de 109% na resistência ao cisalhamento foi observado com a adição de 1% de fibras de aço comparando vigas com a mesma taxa de armadura longitudinal (1,2%). Uma quantidade significativa de resistência ao cisalhamento foi fornecida pela inclusão das fibras de aço e permitiu controlar a propagação de fissuras pelo efeito de pontes de transferência de tensão, transformando o mecanismo de cisalhamento frágil em um mecanismo de flexão dúctil. Assim, fica claro o benefício da adição de fibra de aço para o cisalhamento quando associada à armadura longitudinal e valores ótimos para essa relação podem melhorar os resultados.

Abstract Some normative recommendations are conservative in relation to the shear strength of reinforced concrete beams, not directly considering the longitudinal reinforcement rate. An experimental program containing 8 beams of (100 x 250) mm2 and a length of 1,200 mm was carried out. The concrete compression strength was 20 MPa with and without 1.00% of steel fiber addition, without stirrups and varying the longitudinal reinforcement ratio. Comparisons between experimental failure loads and main design codes estimates were assessed. The results showed that the increase of the longitudinal reinforcement ratio from 0.87% to 2.14% in beams without steel fiber led to an improvement of 59% in shear strength caused by the dowel effect, while the corresponding improvement was of only 22% in fibered concrete beams. A maximum gain of 109% in shear strength was observed with the addition of 1% of steel fibers comparing beams with the same longitudinal reinforcement ratio (1.2%). A significant amount of shear strength was provided by the inclusion of the steel fibers and allowed controlling the propagation of cracks by the effect of stress transfer bridges, transforming the brittle shear mechanism into a ductile flexural one. From this, it is clear the shear benefit of the steel fiber addition when associated to the longitudinal reinforcement and optimal values for this relationship would improve results.

Resumo Esta pesquisa teve o objetivo de comparar computacionalmente a resistência de 10 lajes lisas nervuradas com diferentes tamanhos de área maciça e diferentes espaçamentos das nervuras. Para isso, os ensaios das lajes foram simulados no programa computacional ANSYS até a ruptura. Foram observados os modos e as cargas de ruptura, e, através dos resultados, observou-se que os modelos com menor região maciça apresentaram menor resistência em comparação aos modelos de maior área maciça, pois sua ruptura se deu por cisalhamento nas nervuras. As lajes com maiores regiões maciças sofreram punção e se comportaram de forma semelhante a lajes lisas maciças, apresentando conformidade com as normas em relação às suas estimativas de resistência à punção, especialmente com a NBR 6118. Desta forma, a regra prática de se determinar a região maciça com 15% do vão se mostrou razoável, e observou-se que o ACI, o Eurocode 2 e a NBR 6118 subestimam as resistências ao cisalhamento das nervuras.

Abstract This research aimed to compare the ultimate load of 10 waffle flat slabs with different sizes of solid area and spacing between ribs. For this, a non-linear computational simulation of the slabs was carried out until their failure using the engineering software ANSYS. The failure modes and loads were analyzed, and the results showed that the models with less solid area presented less bearing capacity in comparison to the models with greater solid area when the failure mode was shearing of the ribs. The slabs with the largest solid regions experienced punching shear and behaved in a similar way as solid flat slabs, indicating compliance with the codes in relation to their punching shear strength provisions, especially with the NBR 6118. The results show that a square solid area whose length is 15% of the span is reasonable and that the ACI, Eurocode 2 and NBR 6118 provisions underestimate the shear strength of the ribs.

Resumo Pesquisas sobre punção em lajes lisas, realizadas por Kinnunen, Regan e Muttoni influenciaram sobremaneira as principais recomendações normativas. Enquanto isso, os estudos sobre o modelo de bielas e tirantes desenvolvido por Schlaich para vigas, vigas paredes e consolos também influenciaram essas normas. Este trabalho teve o objetivo de adaptar o modelo de bielas e tirantes para a análise da resistência à punção em lajes lisas. Comparou-se a resistência à punção de 30 lajes lisas calculadas via modelo de bielas e tirantes com a resistência calculadas pelas normas brasileira, americana e européia. Posteriormente, este mesmo modelo foi validado comparando com os resultados experimentais de 32 lajes lisas. Os resultados do modelo de bielas e tirantes, quando comparados aos experimentais, apresentaram melhor média que as estimativas normativas, podendo o modelo modificado se tornar uma alternativa para estimar a resistência ao puncionamento.

Abstract Research on behavior of flat slabs under punching shear, performed by Kinnunen, Regan and Muttoni influenced the main design recommendations. Meanwhile, studies about strut and tie model developed by Schlaich for beams, deep beams and corbels also influenced these design codes. This work aimed to adapt the strut and tie model for the punching shear resistance analysis in flat slabs. The punching shear resistance of 30 flat slabs verified through strut and tie model was compared to the one designed following Brazilian, American and European codes recommendation. Subsequently, this same model was validated by comparing the test results of 32 flat slabs. The strut and tie model results, when compared with the test results, showed a better average than those from codes, and the modified strut and tie model can become an alternative for punching shear strength prediction.

RESUMO A utilização de fibras de aço no concreto vem recebendo forte atenção pela possibilidade de reduzir significativamente o consumo de barras de aço nas estruturas de concreto armado. Entretanto, ainda são poucos os trabalhos encontrados sobre a durabilidade de concreto com fibra de aço e sobre o desempenho da ancoragem das barras metálicas em concretos reforçados e submetidos a ataques de íons cloreto. Buscando contribuir para o melhor entendimento do assunto, este trabalho apresenta resultados para 12 (doze) amostras prismáticas (100x100x250) mm3. Cada amostra recebeu uma barra de aço de 8 mm de diâmetro que foram divididas em 2 (dois) grupos iguais, sendo que um grupo foi submetido ao ensaio de corrosão acelerada por imersão modificada (CAIM) e o outro não, avaliando-se os danos ocasionados pelo ataque de íons cloreto tanto nas barras quanto nas fibras de aço. Cada grupo apresentou 3 (três) amostras com 1% de fibra de aço e outros 3 (três) sem fibra, e os comprimentos de ancoragem (lb) foram de 100 %, 75 % e 50 % necessário daquele recomendado pela norma Brasileira NBR 6118. Verificou-se que não há comprometimento da perda de aderência das barras com o substrato de concreto, quando reduzido o (lb) em 25 % garantindo a funcionalidade, podendo resultar em redução de custos. Observou-se ainda que nas amostras submetidas a corrosão com fibras ou sem fibras houve perda de massa, não sendo constatado que a presença de fibras possa ter contribuído para reduzir essa perda, contudo é possível observar uma relação direta entre o menor valor de (lb) e a menor perda de massa.

ABSTRACT The implementation of steel fibers in concrete has received strong attention, for the possibility of significantly reducing steel bar’s consumption in reinforced concrete structures. However, a small number of articles is found on the durability of steel fiber concrete and the performance of anchorage length, when submitted to chloride ion attacks. Seeking to contribute to the better understanding of the subject, this paper presents results for 12 (twelve) prismatic samples (100x100x250) mm³. Each sample received a steel bar within 8 mm in diameter, and these were divided into 2 (two) equal groups, which only the first group was subjected to the modified immersion accelerated corrosion test, in order to evaluate the damage caused by the attack of chloride ions on both bars and steel fibers. Each group presented 3 (three) samples with 1% of steel fiber and another 3 (three) without fiber, and the anchorage lengths (lb) vary between 100%, 75% and 50%, as recommended by Brazilian standard NBR 6118. It was verified that there was no compromise related to the adhesion’s loss between steel bar and concrete substrate, when reduced the (lb) by 25% and guarantees functionality, which can result in cost reduction. In addition, the corrosion resulted in a loss of 50% of the value of the maximum pullout load.

ABSTRACT The characterization of steel fiber reinforced concrete with dry consistency require greater inspection the account of the particularities in the process of mixing, molding and densification, thus this paper aims to propose a methodology combined of densification by manual and mechanical means and the mechanical characterization by the three-point flexural testin prismatic dry cast steel fiber-reinforced concrete specimen. In a qualitative way, the densification-combined methodology provided a smooth surface on the specimen appearance and a reduction of voids due to trapped air. In the flexural test we verified slip-softening and slip-hardening, respectively, to lower and higher reinforcement indexes and theoretical volumes. By the analysis of variance of the results and the database we found out that there was no significant statistical difference to the analyzed residual strength for the combination of the test method (RILEM), consistency (plastic), type (hooked end) and form (glued), when the comparison is made by quadruple association.

RESUMEN La caracterización del concreto de consistencia seca con fibras de acero requiere mayores investigaciones por cuenta de las particularidades en el proceso de mezcla, moldeado y adensamiento, por lo tanto, el objetivo de este trabajo es proponer una metodología combinada para la densificación manual y mecánica y la caracterización mecánica con ensayo de tracción en una flexión en tres puntos en de cuerpos de prueba prismáticos de concreto de concreto de consistencia seca con fibras de acero. De modo cualitativo una metodología combinada de densificación proporcionó un aspecto liso a la superficie en el cuerpo de prueba y reducción de los vacíos por el aire aprisionado. En el ensayo de tracción una flexión verificó el comportamiento de slip-softening y slip-hardening, respectivamente, para menores y mayores índices de refuerzo y volúmenes teóricos. Al final se constató que el análisis de varianza del banco de datos indicó mayores valores de resistencia residual para la combinación del método de ensayo (RILEM), consistencia (plástica), especie (hookedend) y camino (colado en peine), cuando se hace la comparación por asociación cuádruple.

Abstract The efficiency of steel fibers for shear strength of reinforced concrete beams is assessed. Four beams were evaluated: control consisted of one beam without any steel fibers and three beams with reinforced concrete with steel fibers. All beams were reinforced for shear strength by a minimum reinforcement rate. The influence of fiber content added to concrete, at 0.5%, 0.8% and 1.0%, and the possibility of partial or total replacement of conventional shear reinforcement (stirrups) by steel fibers were evaluated. Results showed a significant increase in ductility and stiffness of the beams with steel fibers and, consequently, changes in the failure mode were observed, of shear (control beam) to flexure behavior (beams with steel fibers).

RESUMO Estudos de caracterização do concreto com fibras de aço a partir do ensaio de tração à flexão de prismas para obtenção da tenacidade à flexão têm sido realizados para parametrização do comportamento mecânico de tubos de concreto com fibras de aço. O objetivo do estudo é ajustar curvas para modelar a estimativa da tenacidade à flexão de tubo de concreto em função da tenacidade à flexão de prismas de concreto, ambos com fibras de aço orientadas de modo randômico e, ainda verificar se há ou não diferença estatisticamente significativa entre médias de tenacidade à flexão quando comparados Formato de Elemento de Concreto (Tubo ou Prisma), e as propriedades de fibras de aço: Fator de Forma (65 ou 80), Estado (Solta ou Colada em Pente) e Consumos Teóricos de Fibras (0,25% ou 0,38% ou 0,50%). Foram ajustadas curvas para modelar a tenacidades dos tubos de concreto com fibras de aço em função da tenacidade à flexão de prismas, sendo possível observar que quanto maior a tenacidade à flexão do prisma, maior será a tenacidade à flexão do tubo. A análise de variância foi utilizada para avaliar a existência ou não de diferença estatisticamente significativa entre os valores médios de tenacidade, quando comparadas as categorias das variáveis individualmente e suas associações duplas, triplas e quádruplas. De modo individual constatou-se que não existe diferença estatisticamente significativa entre os valores médios da tenacidade à flexão, quando comparados Formato de Elemento de Concreto, porém, há diferença estatisticamente significativa entre os valores médios da tenacidade à flexão quando comparados: (i) Fator de Forma, (ii) Estado e (iii) Consumo Teórico de Fibra. Houve influência nos valores médios de tenacidade à flexão com diferença estaticamente significativos, quando realizamos associações entre os diferentes níveis de fatores de forma, estados e consumos teóricos de fibras.

ABSTRACT Concrete characterizing studies with steel fibers starting from the assay of the traction on flexural of prisms to obtain the toughness flexural have being done to the parameterization of the mechanic behavior of concrete pipes with steel fibers. The study aim is to adjust curves modeling the toughness estimates to the flex on concrete pipes in function to the toughness flexural on prims, both with steel fibers randomly oriented and moreover verify if there is or there is not significant statistic difference among toughness average to flexural when compared to the concrete element form (pipe or prism), and the priorities of steel fibers: Form Factor (65 or 80), State (free or joined to the basis comb) and theoretical fiber consumptions (0,25% or 0,38% or 0,50%). Curves were adjusted modeling the concrete pipe toughness with steel fibers in function of prism flexural toughness, being possible to observe that larger is the prism flexural toughness the larger will be the pipe flexural toughness. The analysis of variance was used to evaluate the existence or not of significant statistic difference among double or triple or quadruples associations. It was individually found that there is not significant statistic difference among the average values of toughness flexural, when compared concrete elements forms, however, there is significant statistic average values of toughness flexural when compared: (i) Form Factor; (ii) State and (iii) Theoretical Fiber Consumption. There was influence on the average values of flexural toughness when we make associations among the different levels of form factors, state and theoretical consumptions on fibers.

Red mud (RM) is a mineral waste, residue of the Bayer process used to obtain alumina from bauxite. While the exploration of rolled pebble damages the environment and is much more controlled by the government, the huge RM disposal areas do not stop increasing and polluting soil, rivers and groundwater sources in Amazon. In this work, the material mixtures used to produce coarse aggregates presented up to 80% of RM, 30% of metakaolin and 30% of active silica as recycled waste. Several tests were carried out to determine the aggregates physical properties and to evaluate the mechanical performance of the concretes with the new aggregates, including hydraulic abrasion strength, and the results were compared to the reference ones, i.e. rolled pebble concretes. Additionally, the sintering process neutralizes any toxic substance as occur in some RM products like tiles and bricks, and these results have encouraged an industrial or semi-industrial production of RM aggregates for concretes.

São apresentadas análises das recomendações para estimar a resistência ao puncionamento de lajes lisas de acordo com a versão atual da norma brasileira, a NBR 6118:2003, que não considera o efeito da retangularidade de pilares internos, e sua predecessora, a NBR 6118:1980. Em seções transversais retangulares, o índice de polarização das tensões de cisalhamento é crescente. Isto altera a forma de ruptura da laje, já que a punção se inicia em torno das extremidades da seção do pilar, não se estendendo para os lados maiores, como prescreve a norma, comportamento este que reduz a resistência última das lajes frente às estimativas normativas. São apresentados os resultados de uma análise numérica por elementos finitos (M.E.F.) e uma proposta para melhorar a ductilidade das lajes lisas através das dimensões mínimas dos pilares. Observou-se que a NBR 6118:1980 mostrou-se conservadora e que as estimativas da NBR 6118: 2003 podem ser melhoradas.

Analysis of recommendations to predict the ultimate punching resistance of flat slabs according to the actual Brazilian code, NBR 6118:2003, which does not consider the effects of the internal columns' rectangularity, and its previous version, NBR 6118:1980, are presented. In rectangular cross sections, the shear stress polarization rate is crescent. Thus, the slab failure mode changes, since the punching failure takes place at the column's ends, without compromizing the larger sides, as recommended by the new version of the code. This behavior tends to reduce the ultimate punching resistance of flat slabs when the normative estimates are compared. In addition to the results from the two codes, are presented a numerical analysis by the Finite Element Method and a proposal to improve the ductility of flat slabs based on the minimal dimensions for rectangular columns. The results showed that the NBR 6118:2003 estimates can be improved.