Resumo em Português:
resumo: O concreto em sua macroestrutura é um material compósito cimentício multifásico, contudo ao se reduzir sua escala consegue-se identificar as fases quem compõe o mesmo, dentre as fases estão as embutidas na microescala: os silicatos hidratados, na mesoescala: a pasta de cimento, zonas de transições e agregados e na fase macro: o próprio compósito. Modelagens desse tipo de material com modelos micromecânicos bifásicos são comuns na literatura, porém existe limitações já comprovadas de que modelos de duas fases podem aferir erros altos a modelagem não sendo recomendado para esse tipo de estudo. Diante dessa problemática, uma alternativa seria empregar modelos de múltiplas fases, aliado a uma perspectiva multiescala na tentativa de minimizar o erro na modelagem desse material. O presente trabalho modela o concreto em duas construções distinta: sem zona de transição interfacial e com a inclusão da zona de transição interfacial, verificando o erro de modelagem à negligência essa importante fase. Todo processo de homogeneização é realizado utilizando a técnica multiescala desacoplada obtendo resultados que descartam a utilização de modelos bifásicos e metodologias que não avaliam a zona de transição interfacial em concretos convencionais. Os resultados obtidos com a utilização de modelos de múltiplas fases reduziram o erro relativo a praticamente zero (em comparação com ensaios experimentais), demonstrando que a micromecânica pode ser uma ferramenta de modelagem do concreto desde que o processo multiescala leve em consideração o maior número possíveis de fases e modelos robustos que levem em conta essa natureza.Resumo em Inglês:
abstract: Concrete in its macrostructure is a multiphase cementitious composite material, however, by reducing its scale, it is possible to identify the phases that compose it, among the phases are those embedded in the microscale: the hydrated silicates, in the mesoscale: the cement paste, transition zones and aggregates and in the macro phase: the composite itself. Modeling this type of material with two-phase micromechanical models is common in the literature, but there are already proven limitations that two-phase models can provide high modeling errors and are not recommended for this type of study. Faced with this problem, an alternative would be to use multiple-phase models, combined with a multiscale perspective in an attempt to minimize the error in modeling this material. The present paper models the concrete in two different constructions: without an interfacial transition zone and with the inclusion of the interfacial transition zone, verifying the modeling error when neglecting this important phase. The entire homogenization process is performed using the decoupled multiscale technique, obtaining results that rule out the use of two-phase models and methodologies that do not evaluate the interfacial transition zone in conventional concrete. The results obtained with the use of multiple-phase models reduced the relative error to practically zero (compared to experimental tests), demonstrating that micromechanics can be a concrete modeling tool provided that the multiscale process considers as many as possible phases and robust models that take this nature into account.Resumo em Português:
resumo: Este trabalho analisa o comportamento de vigas de concreto armado submetidas a carregamentos progressivos. Embora este tema seja tratado em trabalhos mais recentes através de modelos de elementos finitos tridimensionais, o presente trabalho adota uma alternativa mais simples empregando elementos finitos de viga de Euler-Bernoulli. A evolução da fissuração generalizada é abordada pela teoria da Mecânica do Dano, e são considerados os modelos constitutivos não lineares do concreto e do aço, incluindo a plasticidade e o comportamento pós-pico. A abordagem laminada permite não só verificar a evolução do dano, mas, em aspectos práticos, facilita definir seções transversais verticalmente simétricas e distribuir a armadura conforme desejado, mesmo que as barras de aço tenham comprimentos diferentes. Destaca-se a mudança da linha neutra durante o processo de evolução do dano, que é atualizado automaticamente pelo código numérico-computacional desenvolvido. Para validar a metodologia proposta, são detalhados dois exemplos, ambos baseados em testes experimentais encontrados na literatura. Os resultados obtidos são muito próximos dos experimentais e confirmam a aplicabilidade da abordagem proposta.Resumo em Inglês:
abstract: This paper analyses the behaviour of reinforced concrete beams subjected to progressive loads. Although this topic is addressed in recent works through tri-dimensional finite elements, the present study adopts a simpler alternative, using Euler-Bernoulli’s beam finite element. The evolution of the generalized cracking is addressed by Damage Mechanics theory, and the nonlinear constitutive models of concrete and steel are considered, including plasticity and post-peak ‘. The laminated approach permits not only to ascertain the damage evolution but, in practical aspects, makes easy to define vertically symmetrical transversal sections and to distribute the reinforcement as desired, even if the steel rebars have different lengths. It is highlighted the changing of the neutral axis during the damage evolution process, which is updated automatically by the developed numeric-computational code. To validate the proposed methodology, two examples are detailed, both based on experimental tests found in the literature. The results obtained are close to the experimental ones and confirm the applicability of the proposed approach.Resumo em Português:
resumo: Este trabalho apresenta um estudo comparativo da influência de pilares-parede no comportamento de um edifício de concreto de vários andares quando submetido a ações sísmicas. Foram avaliadas duas estruturas com diferentes sistemas sísmicos. Uma é composta por pórticos de concreto com detalhamento usual em ambas as direções (x e y), e a outra é formada por um sistema dual, composto por pórticos e pilares-parede com detalhamento usual. Os Métodos das Forças Horizontais Equivalentes e Espectral apresentados pela norma técnica brasileira ABNT NBR 15421:2006 foram considerados. Verificou-se que a edificação de sistema dual apresentou maior rigidez com os pilares-parede dispostos paralelamente à direção y. Na direçãox, as respostas são equivalentes em ambos os edifícios. Os esforços horizontais obtidos pelo método das forças equivalentes na base dos edifícios foram maiores que os espectrais.Resumo em Inglês:
abstract: This paper presents a comparative study of the influence of shear walls on the behavior of a multi-storey concrete building when subjected to seismic actions. Two structures with different earthquake-resistant systems were evaluated. One is composed of concrete frames with usual detailing in both directions (x and y), and the other one is formed by a dual system, composed of frames and shear walls with usual detailing. The Equivalent Lateral Force procedure and the Modal Response Spectrum analysis presented by the Brazilian Technical Code ABNT NBR 15421:2006 were considered. The dual system building presented a greater stiffness with the shear walls arranged parallel to direction y. In the x direction, the responses are equivalent in both buildings. The horizontal forces obtained by the Equivalent Lateral Force method at the base of the buildings were greater than the Modal Response Spectrum method.Resumo em Português:
Resumo A maior parte dos artigos encontrados na literatura endereça a confiabilidade de elementos isolados, como vigas e colunas. No entanto, simetria e regularidade são frequentemente exploradas na construção de pórticos regulares de concreto armado, o que resulta em projetos iguais ou semelhantes para todas as colunas de um andar ou todas as vigas de um prédio. Isto leva a diferenças na confiabilidade dos elementos, em função das diferentes razões entre carga axial e momento fletor, em diferentes partes da estrutura. Mais ainda, há um aumento dos esforços solicitantes e perda de simetria na presença de recalques de apoios. Neste cenário são realizadas análises de confiabilidade para um pórtico de 4 andares e 3 vãos, na situação intacta e considerando diferentes recalques de apoio. É realizada simulação de Monte Carlo, considerando incertezas nas ações permanentes e de utilização, e na resistência do aço e do concreto. Os resultados mostram que um recalque de 10 mm, correspondente a uma distorção angular de 1/500, reduziu a confiabilidade média do pórtico em apenas 14%, contudo reduziu o índice de confiabilidade de várias seções transversais das vigas para até 2.40, valor inferior ao recomendado no Model Code 2010. Conclui-se que a metodologia utilizada neste artigo se apresenta como uma ferramenta importante para a análise de eventos não previstos em projeto, auxiliando na tomada de decisão sobre a necessidade de intervenção nas estruturas.Resumo em Inglês:
Abstract Most papers in the literature address reliability analysis of isolated elements, like beams and columns. However, symmetry and regularity are often exploited in the construction of regular RC frames, resulting in the same or similar designs for all columns of a floor or all beams of a building. This leads to significant differences in member reliability, due to different axial load to bending moment ratios, in different parts of the structure. Moreover, load effects increase, and symmetry is lost under individual support settlements. In this scenario, reliability analyses are performed, for an intact 4-floors and 3-spans RC frame; and considering different settlement conditions. Monte Carlo simulation is performed, considering uncertainties in dead and live loading, and steel and concrete strengths. The results show that a settlement of 10 mm, corresponding to an angular distortion of 1/500, reduced the average reliability of the frame by only 14%, just the same, it reduced the reliability index of several cross-sections of the beams to up to 2.40, value lower than that recommended in the Model Code 2010. It is concluded that the methodology used in this work presents an important tool for the analysis of events not foreseen in the design, supporting the decision making about the need for intervention in the structures.Resumo em Português:
Resumo A avaliação de flechas em vigas é uma etapa indispensável no projeto estrutural. Atualmente, muitas normas adotam o modelo de Branson. Entretanto, o modelo de Branson subestima a flecha de vigas com taxa de armadura menor do que 1%. Desta forma, este estudo propõe uma alternativa para quantificar flechas em vigas de concreto armado com base na Mecânica do Dano Concentrado (MDC). A MDC é uma teoria não linear que utiliza conceitos das Mecânicas da Fratura e do Dano combinados com rótulas plásticas. A viabilidade do modelo proposto foi verificada por meio da comparação com resultados experimentais obtidos por outros autores bem como a aplicação do modelo de Branson. Os resultados obtidos mostram que o modelo proposto tem boa aproximação aos dados experimentais com acurácia satisfatória e valores equivalentes ao modelo de Branson nos cenários investigados.Resumo em Inglês:
Abstract The evaluation of the deflection in beams is an indispensable step of the structural design. Currently, many standard codes adopt the Branson’s model. However, the Branson’s model underestimates the deflection of beams with a reinforcement rate of less than 1%. Therefore, this study proposes a new alternative to quantify the deflections in reinforced concrete beams, based on the Lumped Damage Mechanics (LDM). LDM is a nonlinear theory, which uses concepts from Fracture and Damage Mechanics combined with plastic hinges. The viability of the proposed model was verified through comparisons with results from experimental works developed by other authors and the application of the Branson’s model. The obtained results showed that the proposed calculation model had a good approximation of the experimental data with satisfactory accuracy and equivalent values to the Branson’s model in the investigated scenarios.Resumo em Português:
resumo: Neste trabalho, os autores exploram o uso do rejeito de barragem de minério de ferro (RBMF), de uma barragem de rejeitos, como material precursor reciclado na produção de um compósito através da tecnologia de ativação alcalina. Dois compósitos diferentes foram avaliados: espécimes de pastas feitas usando somente RBMF e ativador alcalino, e espécimes de argamassa usando o mesmo aglomerante e areia como agregado miúdo. Três tempos de moagem diferentes foram aplicados para ativar o RBMF; uma solução de NaOH foi empregada como ativador alcalino com três concentrações molares (8, 10 e 12 mol/l); e cura térmica de 100ºC por 7 dias. Esses parâmetros iniciais foram obtidos através do procedimento experimental Endurecimento-Mini-Teste (EMC). As propriedades físico-mecânicas dos compósitos foram determinadas e os resultados mostraram uma resistência a compressão de até 110,0 MPa, que é compatível com concreto de cimento Portland de alto desempenho e cimentos álcali-ativados feitos a partir de precursores bem estabelecidos reportados na literatura usando cura térmica.Resumo em Inglês:
abstract: In this work, the authors explore the use of iron ore tailings (IOT) from a tailings dam as a recycled precursor material in producing a composite through alkali-activation technology. Two different composite types were evaluated: paste specimens made using only IOT and an alkaline activator, and mortar specimens using the same binder and quartz sand as fine aggregate. Three different grinding times were applied to activate the IOT; a NaOH solution was used as the alkaline activator with three molar concentrations (8, 10, and 12 mol/l); and, thermal curing of 100°C for 7 days was applied. These parameters were obtained by a hard-mini-test (HMT) experimental procedure. The physico-mechanical properties of the composites were obtained, and the results showed a compressive strength up to 110.0 MPa, which is like high-performance Portland cement concretes and alkali-activated cements derived from well-established precursors reported in the literature using thermal cure.Resumo em Português:
Resumo Os métodos de empacotamento via úmida avaliam a densidade de empacotamento de materiais finos através da determinação da densidade aparente e teor de vazios de pastas com diferentes relações água/sólidos (a/s). Seu objetivo é estimar a demanda mínima de água para atingir a concentração máxima de sólidos na mistura, um parâmetro aplicado à dosagem de compósitos cimentícios utilizando teorias de empacotamento de partículas. Como a maioria dos métodos baseados na densidade aparente são demorados e requerem um grande volume de materiais, este trabalho visa avaliar o método de energia de mistura como uma alternativa ao método de empacotamento via úmida e adaptá-lo para ser usado para MCSs (materiais cimentícios suplementares). Com um tempo reduzido e menor quantidade de material realizar o teste, os resultados demonstram uma melhor precisão do método da energia de mistura, devido à sua medição discreta. O fluxo de água ideal e o volume inicial de materiais para realizar o teste em cimento e MCSs são discutidos.Resumo em Inglês:
Abstract Wet packing methods evaluate the packing density of fine materials through the determination of the apparent density and voids content of pastes with different water to solids (w/s) ratios. Its goal is to estimate the minimum water demand to achieve the maximum solids concentration in the mixture, a parameter applied to the mix design of cementitious composites based on particle packing theories. Since most methods based on apparent density are time-consuming and require a high volume of materials, this paper aims to evaluate the mixing energy method as an alternative for the wet packing method and to adapt it to be used for SCMs (supplementary cementitious materials). With a reduced time and material to perform the test, results demonstrate a better precision of the mixing energy due to its discrete measurement. The ideal water flow and initial volume of materials to perform the test on cement and SCMs are discussed.Resumo em Português:
resumo: Este trabalho propõe uma função para estimar a capacidade de carga com ruptura na punção de lajes lisas de concreto sem armadura de cisalhamento de acordo com a norma brasileira. A função considera a influência do teor de fibra de aço na adição do concreto. Foram utilizados dados de 68 lajes de concreto armado com fibras de aço, simulando a ligação de lajes lisas com pilares de seção quadrada. Essas lajes foram obtidas a partir de um estudo realizado por 14 pesquisadores diferentes. Os parâmetros utilizados para a função foram o teor de fibras e a resistência à compressão do concreto. A função foi obtida por ajuste de curva. O resultado da função ajustada mostra uma relação da ordem de 1,3 entre a carga de ruptura experimental e a carga calculada, valor próximo ao já obtido pelo texto normativo quando o cálculo é para concreto convencional. Isso mostra que a proposta aqui apresentada mantém o mesmo nível de segurança com um índice de confiança de 96% em comparação com os modelos de outros autores apresentados neste estudo.Resumo em Inglês:
abstract: This paper proposes an adjusted function for estimating the punching shear load-carrying capacity of concrete flat slabs without shear reinforcement according to the Brazilian standard code. The Adjusted function considers the influence of the steel fiber content. Data from 68 steel fiber reinforced concrete slabs (SFRC slabs) were used, simulating the connection of flat slabs with square section columns. These slabs were obtained from a study conducted by 14 different researchers. The parameters used for the adjusted function were the fiber content and the compressive strength of the concrete. The adjusted function was obtained by curve-fitting. The result from the adjusted function shows a relation in the order of 1.3 between the experimental rupture load and the calculated load, a value close to that already obtained by the normative text when the calculation is for conventional concrete. This shows that the proposal presented here keeps the same level of security with a confidence index of 96% in comparison with other authors’ models presented in this study.Resumo em Português:
resumo: A retração de materiais cimentícios é um fenômeno complexo de redução de volume que pode resultar em fissuras que afetam a durabilidade desses materiais. A norma brasileira ABNT NBR 15261 aborda a retração a longo prazo sem ênfase na fase inicial (< 24h) da hidratação, que contém o estado plástico do material cimentício. Portanto, foi proposto um método de mensuração da retração nas primeiras 24h de hidratação de argamassas, em escala laboratorial, a partir de amostras prismáticas, utilizando: o molde da norma brasileira ABNT NBR 15261 (285x25x25mm) e elementos rígidos que transmitem deslocamentos horizontais da amostra para relógios comparadores. Foram estudados traços de argamassa de cimento com a relação água/materiais secos fixa em 0,168 e variando a relação aglomerante/agregados linearmente: 33% (1:3); 25% (1:4); e 17% (1:6). Foram aplicadas diferentes exposições ao ambiente (selado, aberto e vento). As análises indicaram que o ensaio proposto foi sensível o suficiente para indicar relações estatisticamente significativas entre as retrações iniciais máximas e a variação da concentração dos aglomerantes, assim como indicar variações de comportamento da retração inicial. O aumento da concentração de cimento causou um aumento da retração inicial média de 76% nas amostras expostas ao ar, 54% nas expostas ao vento de 5 m/s e 22% nas seladas.Resumo em Inglês:
abstract: The shrinkage of cementitious materials is a complex phenomenon of volume reduction that can result in cracking, affecting the durability of these materials. The Brazilian standard ABNT NBR 15261 addresses long-term shrinkage without emphasis on the initial phase (< 24h) of hydration, which contains the plastic state of the cementitious material. Therefore, a method was proposed to measure the shrinkage in the first 24h of mortar hydration, on a laboratory scale, from prismatic samples, using molds from the Brazilian standard ABNT NBR 15261 (285x25x25mm) and rigid elements that transmit horizontal displacements of the sample to dial gauges. Cement mortar specimens were studied with the water/dry materials ratio fixed at 0.168 and varying the binder/aggregates ratio linearly: 33% (1:3); 25% (1:4); and 17% (1:6). Different exposures to the environment (sealed, open and wind) were applied. The analysis indicated that the proposed method was sensitive enough to indicate statistically significant relationships between the maximum initial shrinkages and the variation in the concentration of the binders, as well as indicating variations in the behavior of the initial shrinkage. The increase in cement concentration caused an increase in the average initial shrinkage of 76% in the samples exposed to air, 54% in those exposed to 5 m/s wind, and 22% in the sealed samples.Resumo em Português:
resumo: este estudo avaliou os efeitos de três nanotubos de carbono com diferentes características geométricas no comportamento reológico e desempenho mecânico, assim como na microestrutura de argamassas e pastas de cimento. Para teores de nanotubos de carbono variando de 0.025 a 0.2%, a tensão de escoamento e a viscosidade foram determinadas por meio de reometria rotacional, e o desempenho mecânico foi avaliado através da resistência a flexão e módulo de elasticidade dinâmico. A análise microestrutural foi conduzida através da difração de raios-X, análise termogravimétrica, e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos mostram que a tensão de escoamento apresenta um aumento considerável com o aumento no teor de nanotubos. E a viscosidade também é influenciada pela presença dos nanotubos de carbono. A resistência à flexão das argamassas aumenta para os diferentes teores de nanotubos de carbono. E dependendo das características geométricas dos nanotubos, o material se comporta como um compósito. A análise microestrutural mostrou a nucleação de produtos de hidratação sobre a superfície dos nanotubos de carbono, e que o melhor desempenho mecânico das matrizes contendo nanotubos de carbono não está relacionada com o aumento dos produtos de hidratação.Resumo em Inglês:
abstract: This study evaluates the effects of three carbon nanotubes with different geometric characteristics on the rheological behaviour and mechanical performance, as well as on the microstructure of mortars and cement pastes. For nanotube content ranging from 0.025 to 0.2 wt%, the yield stress and viscosity were determined by rotational rheometry, and mechanical performance was evaluated by flexural strength and dynamic modulus of elasticity. The microstructural analysis was performed by X-ray diffraction, thermo-gravimetric analysis and scanning electron microscopy (SEM). The obtained results showed that the yield stress presents a considerable increase as the carbon nanotube content increases. The viscosity was also influenced by the presence of carbon nanotubes. The flexural strength of mortars increases for different amounts of carbon nanotubes, and depending on the geometric characteristics of the carbon nanotubes, the material behaves like a composite. The microstructural analysis showed the nucleation of hydration products on the surface of the carbon nanotubes, and that the better mechanical performance of matrices containing carbon nanotubes is not related to the increase in hydration products.