Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, Volume: 6, Issue: 4, Published: 2013
  • Editorial

    Campos Filho, Américo; Sousa, José Luiz Antunes de Oliveira e; Pinto, Roberto Caldas de Andrade; Toledo Filho, Romildo Dias
  • Concrete beams fire design using graphs

    Albuquerque, G. B. M. L.; Silva, V. P.

    Abstract in Portuguese:

    O método mais expedito para o dimensionamento de vigas de concreto em situação de incêndio é o método tabular, apresentado na ABNT NBR 15200 [1]. Apesar de simples, esse método restringe o trabalho do engenheiro, uma vez que o impede de buscar soluções alternativas aos poucos valores tabelados. Contudo, a norma brasileira permite empregar métodos mais avançados. Sendo assim, o objetivo deste trabalho consistiu em realizar uma análise térmica e estrutural de vigas com diversas larguras, alturas, cobrimentos, diâmetros e disposições de armaduras (inferiores e superiores). A partir dos resultados, foram construídos gráficos que associam a relação entre o momento fletor solicitante em incêndio e o momento fletor resistente à temperatura ambiente, ao tempo de resistência ao fogo de cada situação. Esses gráficos permitem também levar em conta a redistribuição de momentos, do positivo ao negativo, o que conduzirá à economia na solução encontrada.

    Abstract in English:

    The most expeditious method for the design of concrete beams under fire situation is the tabular method, presented by the Brazilian standard ABNT NBR 15200:2012. Albeit simple, this method constrains the engineer's work, as it prevents him to seek alternative solutions to the few tabulated values. Yet, the Brazilian standard allows employing more advanced methods. Hence, the purpose of this work was to perform a thermal and structural analysis of beams with several widths, heights, covers and diameters/layouts of steel reinforcement (upper and lower). From those results, graphs were constructed, associating the ratio between the applied bending moment in fire over the resistance bending moment at ambient temperature, for the fire resisting time of each situation. These graphs also allow taking into account the redistribution of moments from positive to negative, which will lead to savings in the solution found.
  • Creep strains on reinforced concrete columns

    Madureira, E. L.; Siqueira, T. M.; Rodrigues, E. C.

    Abstract in Portuguese:

    Um elemento de concreto quando mantido sob tensão apresenta deformação progressiva no decorrer do tempo, aditiva à deformação imediata ao carregamento. Em pilares de concreto armado, as deformações por fluência promovem o acréscimo de tensões nas barras de aço, podendo induzir o material a experimentar o escoamento. As formulações pioneiras do efeito de fluência, desenvolvidas com base no coeficiente de fluência, são aplicáveis, sobretudo, quando as tensões se mantêm constantes. Sua aplicação a elementos de concreto armado, que apresentam variações de tensões, requer simplificações das quais resultam os modelos de memória, que têm a desvantagem de exigir o armazenamento do histórico de tensões. Para suplantar as dificuldades ligadas à excessiva demanda de memória de computador, foram desenvolvidos os modelos de estado que dispensam tal robustez de armazenamento. O objetivo deste trabalho é a análise das deformações por fluência em pilares de concreto armado, realizada com base em um modelo de estado, com parâmetros fixados a partir da formulação da NBR 6118/07. Os resultados obtidos revelaram que, no decorrer do fenômeno, verifica-se a transferência de esforços do concreto para as barras da armadura de aço, que por sua vez exercem o efeito de contenção das deformações correlatas, confirmando-se, em alguns casos, o estabelecimento de uma condição de iminente escoamento do material.

    Abstract in English:

    A concrete element when kept under sustained load presents progressive strain over time, associated to the creep. In reinforced concrete columns, such deformations cause the stress increase in the steel bars of the reinforcement and may induce the material to undergo the yielding phenomenon. The pioneering formulations about the creep effect, developed on the base of creep coefficient, are applicable, especially, when the stress magnitude remains constant. Its application to reinforced concrete members, which exhibits change in stress magnitude, requires simplifications of which result the memory models, which have the disadvantage of requiring the storage of the stress history. To overcome the difficulties related to the excessive demand for computer memory, State models have been developed that dispense such robustness of storage. The subject of this work is the analysis of creep deformations in reinforced concrete columns on the base of a state model fixing its physical parameters from results obtained through the NBR 6118/07 formulation. The results showed that, in the elapse of the phenomenon, occurs stresses transfer from the concrete mass to the reinforcement steel bars which, in turn, have the effect of restrain the creep strains, confirming, in some cases, an imminent material yielding condition.
  • Chloride accelerated test: influence of silica fume, water/binder ratio and concrete cover thickness

    Pereira, E.; Resende, A.; Medeiros, M. H. F. de; Meneghetti, L. C.

    Abstract in Portuguese:

    Em países desenvolvidos como os do Reino Unido além da França, Itália e Alemanha, estima-se que o gasto com manutenção e reparo é praticamente igual ao investimento em obras novas. Por este motivo, este trabalho visa estudar o efeito de formas de interferir na cinética da corrosão a partir da aplicação de um ensaio acelerado de corrosão - CAIM, que simula o ataque por cloretos. As três variáveis estudadas são: espessura de cobrimento, uso de sílica ativa e relação água/aglomerante. Foi constatado, pela análise de variância da perda de massa das barras e do teor de cloretos na espessura de cobrimento, que existe influência significativa das três variáveis do estudo. Além disso, os resultados indicam que a adição de sílica ativa é o caminho para melhorar a proteção de concretos de relação água/aglomerante baixa (a/agl = 0,40) e a elevação do cobrimento é o caminho mais eficiente para aumentar a proteção das armaduras em concretos de relação água/aglomerante elevada (a/agl = 0,50 e 0,60).

    Abstract in English:

    In developed countries like the UK, France, Italy and Germany, it is estimated that spending on maintenance and repair is practically the same as investment in new constructions. Therefore, this paper aims to study different ways of interfering in the corrosion kinetic using an accelerated corrosion test - CAIM, that simulates the chloride attack. The three variables are: concrete cover thickness, use of silica fume and the water/binder ratio. It was found, by analysis of variance of the weight loss of the steel bars and chloride content in the concrete cover thickness, there is significant influence of the three variables. Also, the results indicate that the addition of silica fume is the path to improve the corrosion protection of low water/binder ratio concretes (like 0.4) and elevation of the concrete cover thickness is the most effective solution to increase protection of high water/binder ratio concrete (above 0.5).
  • Evaluation of the effect of varying the workability in concrete pore structure by using X-ray microtomography

    Bernardes, E. E.; Magalhães, A. G. de; Vasconcelos, W. L.; Nunes, E. H. M.

    Abstract in Portuguese:

    A vida útil dos concretos está associada à capacidade de penetração de agentes agressivos em suas estruturas. Parâmetros estruturais como porosidade, distribuição e conectividade de poros têm grande influência nas propriedades de transporte de massa em sólidos porosos. No presente estudo avaliou-se o efeito da variação da trabalhabilidade do concreto no estado fresco, produzida pelo uso de aditivos, na estrutura de poros e na resistência mecânica à compressão do concreto endurecido. A estrutura de poros foi analisada com o auxílio de um microtomógrafo de raios X, e os resultados obtidos foram comparados com o volume total de poros calculados a partir de dados provenientes de ensaios de picnometrias de hélio e mercúrio. Observou-se boa aproximação entre os valores de porosidade obtidos pelas duas técnicas, tendo-se constatado que, independente da consistência do concreto, as amostras provenientes da superfície dos corpos de prova apresentaram um percentual de poros superior do que aquelas retiradas de camadas mais internas.

    Abstract in English:

    The useful life of concrete is associated with the penetrative ability of aggressive agents on their structures. Structural parameters such as porosity, pore distribution and connectivity have great influence on the properties of mass transport in porous solids. In the present study, the effect of varying the workability of concrete in fresh state, produced through the use of additives, on pore structure and on the mechanical compressive strength of hardened concrete was assessed. The pore structure was analyzed with the aid of X-ray microtomography, and the results obtained were compared to the total pore volume calculated from data derived from helium and mercury pycnometry tests. A good approximation between the porosity values obtained through the two techniques was observed, and it was found that, regardless of concrete consistency, the samples from the surface of the specimens showed a percentage of pores higher than those taken from the more inner layers.
  • Post-cracking behavior of blocks, prisms, and small concrete walls reinforced with plant fiber

    Soto, I. I.; Ramalho, M. A.; Izquierdo, O. S.

    Abstract in Portuguese:

    A alvenaria estrutural com blocos de concreto promove a racionalização da construção, com redução do custo final da edificação, por meio da eliminação de fôrmas e da redução do consumo de armaduras. Além disso, produzir um bloco com a combinação de concreto e fibra vegetal de sisal resulta em uma unidade que apresenta características mais apropriadas de resistência mecânica, rigidez, ductilidade, capacidade de absorção de energia e comportamento pós-fissuração, em comparação com o bloco produzido com o concreto simples. O presente trabalho avalia o comportamento pós-fissuração de blocos, prismas e pequenas paredes de concreto reforçado com fibra de sisal de comprimento 20 e 40 mm, e fração volumétrica de 0,5 e 1%. Foram realizados os testes de caracterização da fibra e do bloco, e os ensaios de resistência à compressão axial das unidades, dos prismas e das pequenas paredes. O módulo de deformação dos elementos foi calculado e foram traçados os diagramas tensão-deformação para uma melhor interpretação dos valores obtidos. Os resultados do ensaio à compressão das pequenas paredes reforçadas com fibras foram similares aos valores das paredes de referência, apresentando melhor desempenho que os blocos e prismas com adição de fibras, cujas resistências foram inferiores aos convencionais. Todos os elementos com adição de sisal mostraram um ganho da capacidade de deformação conferida pelas fibras, observado nos diagramas tensão-deformação. O modo de ruptura dos elementos de referência foi caracterizado por uma fratura brusca e os reforçados tiveram um rompimento dúctil. Isso foi produzido pelas fibras, que mantiveram as faces das fissuras unidas em razão da aderência com a matriz cimentícia, não permitindo a perda da continuidade do material e tornando os compósitos vantajosos em termos de ductilidade e capacidade de resistência residual após a fissuração.

    Abstract in English:

    Structural masonry using concrete blocks promotes the rationalization of construction projects, lowering the final cost of a building through the elimination of forms and the reduction of the consumption of reinforcement bars. Moreover, production of a block containing a combination of concrete and vegetable fiber sisal results in a unit with properties such as mechanical strength, stiffness, flexibility, ability to absorb energy, and post-cracking behavior that are comparable to those of a block produced with plain concrete. Herein are reported the results of a study on the post-cracking behavior of blocks, prisms, and small walls reinforced with sisal fibers (lengths of 20 mm and 40 mm) added at volume fractions of 0.5% and 1%. Tests were performed to characterize the fibers and blocks and to determine the compressive strength of the units, prisms, and small walls. The deformation modulus of the elements was calculated and the stress-strain curves were plotted to gain a better understanding of the values obtained. The compression test results for the small walls reinforced with fibers were similar to those of the reference walls and better than the blocks and prisms with added fibers, which had resistances lower than those of the corresponding conventional materials. All elements prepared with the addition of sisal exhibited an increase in the deformation capacity (conferred by the fibers), which was observed in the stress-strain curves. The failure mode of the reference elements was characterized by an abrupt fracture, whereas the reinforced elements underwent ductile breakage. This result was because of the presence of the fibers, which remained attached to the faces of the cracks via adhesion to the cement matrix, thus preventing loss of continuity in the material. Therefore, the cement/plant fiber composites are advantageous in terms of their ductility and ability to resist further damage after cracking.
  • Numerical analysis of prestressed hollow core slabs under long term loading

    Pereira, S. R.; Calixto, J. M.; Bortone, T. P.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta os resultados de uma análise numérica de lajes alveolares protendidas extrudadas submetidas a carregamentos de longa duração. O modelo numérico considera os efeitos do tempo nas propriedades mecânicas dos materiais bem como nas propriedades reológicas, de modo a prever flechas, deformações e tensões. O modelo leva em conta também variações no carregamento. Para a análise, cada laje é subdividida em um número finito de elementos de barra cuja seção transversal é discretizada em elementos de concreto paralelos ao eixo de flexão, e elementos de armadura passiva. Para avaliação dos resultados é considerada a área líquida de concreto. Os resultados do modelo numérico foram comparados com valores medidos em ensaios de duas séries distintas de lajes alveolares protendidas. Cada série de lajes possuía diferentes geometrias, taxa e distribuição de cordoalhas. Deslocamentos no meio do vão de cada laje foram avaliados até a idade de 127 dias após o carregamento inicial. Boa correlação foi obtida com o modelo numérico para cargas menores ou iguais as de serviço.

    Abstract in English:

    This paper presents a numerical analysis of prestressed hollow core slabs under long term loading. The model considers the time dependence of material and rheological properties in order to predict the actual stage of displacements, strains and stresses. It also takes into account load changes. For the analysis, each slab is divided in a finite number of bar elements, in which the cross section is described in concrete elements, parallel to the flexural axis, and prestressed steel elements. For the results evaluation, the effective concrete area is considered. The numerical results are compared with experimental tests performed on two series of prestressed hollow core slabs. Each series had a different geometry, rate and distribution of prestressing strands. Mid-span displacements were evaluated up to 127 days after initial loading. Good correlation was achieved with both series at and below the service load level.
  • Analysis of the assembling phase of lattice slabs

    Sartorti, A. L.; Fontes, A. C.; Pinheiro, L. M.

    Abstract in Portuguese:

    Lajes treliçadas são usuais no Brasil. Elas são formadas por vigotas pré-moldadas, com armadura treliçada sobre uma base de concreto, e por uma capa de concreto moldada na obra. A montagem das vigotas e dos elementos de enchimento é simples e não exige mão de obra com grande habilidade, apresentando baixa relação custo-benefício. Entretanto, é justamente na fase de montagem que surgem questões relativas à distância entre as linhas de escora. Um erro no posicionamento adequado pode levar a duas situações indesejáveis. Em uma delas, um espaço pequeno entre as linhas de escora aumenta o custo do cimbramento, e na outra, um espaço excessivo pode gerar deslocamentos exagerados, e até mesmo o colapso da laje, na fase de concretagem. O objetivo deste trabalho é analisar a capacidade portante de vigotas treliçadas, na fase de montagem, procurando informações que sejam úteis na definição da distância entre as linhas de escora. Foram ensaiadas várias vigotas para definir os modos de ruína e suas capacidades de carga. Os resultados permitiram determinar expressões para o cálculo da distância adequada entre as linhas de escora das vigotas.

    Abstract in English:

    Lattice slabs are usual in Brazil. They are formed by precast joists with latticed bars on a base of concrete, and a cover of concrete placed at the jobsite. The assembly of the joists and the filling elements is simple and do not require manpower with great skill, presenting low cost-benefit ratio. However, it is precisely in assembling phase that arise questions related to the scaffold support distance. A mistake in the proper positioning can lead to two undesirable situations. In one of them, a small space between the support lines increases the cost of scaffold, and in other an excessive space can generate exaggerated displacements, and even the collapse of the slab in the stage of concreting. The objective of this work is to analyze the bearing capacity of lattice joists in assembling phase, looking for information that is useful in defining the scaffold support distance. Several joists were tested to define the failure modes and their load bearing capacities. The results allowed to determine equations for calculating the appropriate distance between the support lines of the joists.
  • Influence of stone cutting waste and ground waste clay brick on the hydration and packing density of cement pastes

    Rocha, C. A. A.; Cordeiro, G. C.; Toledo Filho, R. D.

    Abstract in Portuguese:

    O presente trabalho teve por objetivo estudar a substituição do cimento Portland (CP) por resíduos de corte de rochas (RCR) e de blocos cerâmicos moídos (RBC) em pastas binárias e ternárias. Ensaios de termogravimetria e de análise térmica diferencial foram realizados em várias idades com a finalidade de investigar a evolução das reações de hidratação de cimento em presença dos resíduos. Para compreender o efeito físico dos resíduos foi calculada a densidade de empacotamento de acordo com o Modelo de Empacotamento Compressível. Ensaios de resistência à compressão também foram realizados e os resultados foram relacionados com a hidratação e o empacotamento. Considerando os níveis de substituição estudados, os resultados indicaram que a utilização do RCR na mistura binária acelerou as reações de hidratação, e a densidade empacotamento das partículas e a resistência à compressão foram mantidas. A utilização do RBC na mistura binária provocou uma pequena aceleração nas reações de hidratação e houve indícios de atividade pozolânica, embora a resistência à compressão tenha reduzido em comparação com a referência. Na mistura ternária, o efeito conjunto de ambos os resíduos acarretou a manutenção da resistência à compressão para um teor de substituição de cimento de 30%.

    Abstract in English:

    The present work aims to study the replacement of Portland cement (PC) by stone cutting waste (SW) and ground waste clay brick (BW) in binary and ternary pastes. Thermogravimetry and differential thermal analysis tests were carried out at various ages in order to investigate the development of the cement hydration reactions in the presence of those wastes. The packing density was calculated in accordance with the Compressible Packing Model to understand the physical effect of those wastes. Compressive strength tests were also performed and the results were related to hydration and packing. Considering the substitution levels studied, the results indicated that the use of SW in the binary mixture accelerated the hydration reactions, and the particles packing density and compressive strength were maintained. The use of BW in the binary mixture caused a small acceleration in the hydration reactions and there was an indication of pozzolanic activity, although the compressive strength was reduced in comparison with the reference paste. In the ternary mixture, the combined effect of both wastes resulted in the maintenance of compressive strength for cement replacement content of 30%.
IBRACON - Instituto Brasileiro do Concreto Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), Av. Queiroz Filho, nº 1700 sala 407/408 Torre D, Villa Lobos Office Park, CEP 05319-000, São Paulo, SP - Brasil, Tel. (55 11) 3735-0202, Fax: (55 11) 3733-2190 - São Paulo - SP - Brazil
E-mail: arlene@ibracon.org.br