Volumes
 

ISSN 1983-4195

VOL.16 - Num.2 - Apr/2023
Vol.15 num5
Front Cover - Capa
Editorial - Editorial
Index - Índice
Aims & Scope - Objetivos & Escopo
Board of Directors - Diretoria
Editorial Board - Editores
 
Complete
ACESSE TAMBÉM: www.scielo.br/riem
PAPERS - ARTIGOS
Evaluation of concrete self-healing by encapsulated sodium metasilicate in perlite and expanded clay
Avaliação de concreto autocicatrizante através do encapsulamento de metasilicato de sódio em perlita e argila expandidas
  Full Paper (html): Pdf
  Fernanda Pacheco,Cláudio Henrique Boscaini,Thaize Nascimento Gauto,Vinicius Mülle,rHinoel Zamis Ehrenbring,Regina Célia Espinosa Modolo,Bernardo Fonseca Tutikian
  Abstract

Investigating the behavior of self-healing cementitious composites is necessary to know alternatives that can be applied in structures increasing their life service. Therefore, this study evaluated concrete self-he aling from the use of expanded perlite (EP) and expanded clay (EC) capsules impregnated with a sodium metasilicate solution. These materials were used to substitute natural aggregates in concrete in proportions of 0 wt·%, 15 wt·% and 30 wt·% which were cured in humid or submerged environments. Cracking was induced with a flexural test and a closing with cicatrization product. was evaluated and measured visually with a software. Capillary absorption tests indicated a reduction in the porosity of samples which incorporated self-healing materials, considering it as an important property related to durability. Samples with EP achieved 100% self-healing with 15% substitution. Crack filling was achieved in cracks up to 0.43 mm wide. Samples with EC achieved 50% crack recovery under humid curing and 90% under submerged curing. It was concluded that incorporating the sodium silicate allowed improvements to fissure sealing and it is an alternative to produce self-healing concrete in Brazil. EP was more effective than EC as encapsulating material. Despite that, the EP did not impact the compressive strength due to its small size and better packing of the mixture, Also, EP presented higher healing percentage when comparing with samples containing EC.

Keywords: concrete; self-healing; expanded perlite; sodium meta-silicate

  Resumo

Investigar o comportamento de compósitos cimentícios autocicatrizantes é necessário para conhecer alternativas que possam ser aplicadas em estruturas aumentando a sua vida útil. Portanto, este estudo avaliou a cicatrização do concreto a partir do uso de cápsulas de perlita expandida (PE) e argila expandida (AE) impregnadas com solução de metassilicato de sódio. Esses materiais foram utilizados em substituição aos agregados naturais no concreto nas proporções de 0%, 15% e 30% em relação à massa. Os exemplares foram curados em ambientes úmidos ou submersos. A fissura foi induzida pelo teste de flexão e a cicatrização foi avaliada visualmente e medida por meio de software. Testes de absorção capilar indicaram redução da porosidade das amostras que incorporaram materiais autocurantes, sendo esta uma importante propriedade relacionada à durabilidade do conjunto. As amostras com PE alcançaram 100% de cicatrização com 15% de substituição. O preenchimento da fissura foi obtido em fissuras de até 0,43 mm de largura. Amostras com AE alcançaram 50% de recuperação de fissura sob cura úmida e 90% sob cura submersa. Conclui-se que incorporar a solução de metassilicato de sódio proporcionou melhorias consideráveis na selagem de fissuras e esta solução torna-se uma alternativa eficiente para concretos autocicatrizantes a serem produzidos no Brasil. A incorporação de PE foi mais eficaz do que o AE como material encapsulante. Além disso, o uso de PE não impactou na resistência à compressão em decorrência de sua reduzida dimensão de partícula e empacotamento. Ainda, a EP apresentou maior percentual de cicatrização comparando-se com as amostras contendo AE.

Palavras-chave: concreto; autocicatrização; perlita expandida; metassilicato de sódio

 
CFRP-strengthened RC beams under fire condition: numerical model
Vigas de concreto armado reforçadas com CFRP em situação de incêndio: modelo numérico
  Full Paper (html): Pdf
  Thiago Brazeiro Carlos,Valdir Pignatta e Silva
  Abstract

The Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) has excellent flexural performance on strengthening and rehabilitation of reinforced concrete (RC) structures. However, it is known that CFRP strengthening systems are very vulnerable to high thermal exposure. To provide a better understanding of its fire behavior and fulfill gaps in this field, this investigation proposes the development of an accurate three-dimensional (3D) Finite Element (FE) model capable of simulating the CFRP-strengthened RC beams flexural behavior at ambient temperature and under fire conditions. To achieve the goals, thermal and mechanical numerical simulations have been performed to validate the developed FE models. Experimental results reported in two parallel studies were used to model’s validation. The numerical model has been satisfactorily validated and the results had a good predictability with the experimental results in terms of thermal and mechanical behavior.

Keywords: fire; reinforced concrete structures; beam; CFRP strengthening; numerical model

  Resumo

Os Polímeros Reforçados com Fibras de Carbono (CFRP) possuem excelente desempenho à flexão no reforço e reabilitação de estruturas de concreto armado. No entanto, sabe-se que os sistemas de reforço de CFRP são muito vulneráveis ​​à alta exposição térmica. Para fornecer uma melhor compreensão do seu comportamento em incêndio e preencher lacunas da área, o estudo propõe o desenvolvimento de um modelo tridimensional de elementos finitos consistente, capaz de simular o comportamento à flexão de vigas de concreto armado, reforçadas com CFRP, sob condições de temperatura ambiente e de incêndio. Para atingir os objetivos, simulações numéricas, térmicas e mecânicas, foram realizadas para validar os modelos desenvolvidos. Resultados experimentais relatados em dois estudos paralelos foram utilizados para a validação do modelo. O modelo numérico foi satisfatoriamente validado e os resultados tiveram uma boa previsibilidade aos resultados experimentais, em termos de comportamento térmico e mecânico.

Palavras-chave: incêndio; estruturas de concreto armado; viga; reforço; CFRP; modelo numérico

 
Multi-objective optimization of outriggers in high-rise buildings subjected to wind loads
Otimização multiobjetivo de outriggers em edifícios altos submetidos a cargas de vento
  Full Paper (html): Pdf
  Felipe Morrone Barbat Parfitt,Inácio Benvegnu Morsch,Herbert Martins Gomes
 

Abstract

This paper aims to investigate a methodology for determining the optimum floor positioning of outriggers (ORs) and belt-trusses (BTs) over tall buildings height. The primary goal is to reduce the maximum lateral drift (MLD) and the core base moment (CBM), individually and concurrently. Furthermore, the influence of these elements on other criteria such as maximum acceleration and natural frequencies are analyzed. Throughout the work, the behavior of the structure is verified when the stiffness ratio of the main elements used in the bracing system (core, perimeter columns, OR, and BT) are varied. Therefore, a three-dimensional model of a tall building under lateral wind load is analyzed, using the finite element method with ANSYS software. The mono and multi-objective optimizations were solved, respectively, by the Nelder-Mead method with the author’s modifications to deal with integer variables and by a utility function. Based on the results, it is concluded that by specifically adding ORs/ORs-BTs in tall buildings the influence on the reduction of the mentioned objectives is extremely relevant, reaching up to 68% for the CBM and 71% for the MLD, depending on the amounts employed.

Keywords: outrigger; tall buildings; structural optimization; integer programming; lateral load

  Resumo

Neste trabalho os autores têm por objetivo investigar uma metodologia para determinação dos pavimentos ótimos ao implementar outriggers (ORs) e belt-trusses (BTs) ao longo da altura de um edifício alto para reduzir tanto o máximo deslocamento lateral (MDL), quanto o momento na base do núcleo (MBN), de forma separada e concorrente. Além disso, analisa-se a influência destes elementos sobre outros critérios como a máxima aceleração e as frequências naturais. Ao longo do trabalho verifica-se o comportamento da estrutura quando a relação de rigidez dos principais elementos do sistema de contraventamento (núcleo, colunas perimetrais, OR e BT) são variados. Sendo assim, um modelo tridimensional de um edifício alto sob ação lateral de vento é analisado, empregando o método dos elementos finitos usando o software ANSYS. As otimizações mono e multiobjetivo foram resolvidas, respectivamente, pelo método Nelder-Mead modificado para variáveis inteiras pelos autores e pela função de utilidade. Diante dos resultados, conclui-se que ao introduzir de forma específica os ORs/ORs-BTs em edifícios altos a influência na redução dos objetivos mencionados é extremamente relevante, podendo chegar a 68% para o MBN e 71% para o MDL, dependendo de suas quantidades empregadas.

Palavras-chave: outrigger; edifícios altos; otimização estrutural; programação inteira; carga lateral

 
Probabilistic models for live loads in buildings: critical review, comparison to Brazilian design standards and calibration of partial safety factors
Modelos probabilísticos para a ação de utilização em edifícios: análise crítica, comparação com normas brasileiras de projeto, e calibração dos fatores parciais de segurança
  Full Paper (html): Pdf
  Luis Gustavo Lopes Costa,Wagner Carvalho Santiago,André Teófilo Beck
 

Abstract

Nowadays, structural “limit state” design is made using characteristic or nominal values of actions, partial safety factors and load combination factors. The actual loading that a structure will be subjected to throughout its life is not known at the design phase. Yet, probabilistic models of such loadings are useful for the rational determination of partial safety factors and load combination factors. The probabilistic model leading to nominal live loads of NBR 6120:2019 (Design Loads for Structures) has never been openly discussed. Herein a simple probabilistic model describing spatial and temporal variabilities of live loads in buildings is presented and discussed. The model is built as a sum of two stochastic processes representing the sustained and intermittent parts of the live load. Model parameters are the ones recommended by the Joint Committee on Structural Safety (JCSS), based on extensive surveys done in several countries. By way of Monte Carlo simulations, sample values of live load actions are obtained for buildings of different occupancy types. These values are compared with those recommended by international standards, and those recommended in NBR 6120:2019 and NBR 8681:2003 (Actions and Safety of Structures). The corresponding statistics for the fifty-year extreme and arbitrary point-in-time distributions of live loads are presented; these statistics are very relevant for reliability analyses and for reliability-based code calibration. The stochastic live load model is also employed in a reliability-based calibration to obtain partial safety factors and load combination factors to be used in Brazilian design codes, for ultimate and serviceability limit state verifications.

Keywords: live load model; probabilistic model; structural reliability; partial safety factor; load combination factor; NBR 8681; NBR 6120

  Resumo

Hoje em dia, o projeto estrutural baseado em estados limites é feito utilizando valores característicos ou nominais das ações, fatores parciais de segurança e fatores de combinação de ações variáveis. As ações às quais uma estrutura estará sujeita durante sua vida não são conhecidas com exatidão na fase de projeto. Neste contexto, modelos estocásticos das ações são úteis para a determinação racional dos fatores parciais de segurança, e dos coeficientes de combinação de ações. O modelo probabilístico que levou aos valores nominais das ações de utilização da NBR 6120: 2019 (Ações para o Cálculo de Estruturas de Edificações) nunca foi discutido abertamente. Neste artigo, apresenta-se uma revisão crítica de um modelo estocástico simples que descreve as flutuações espaciais e temporais da ação variável de utilização em prédios. O modelo é construído como uma soma de dois processos estocásticos, representando as parcelas sustentada e intermitente da ação de utilização. Parâmetros para este modelo são recomendados pelo Joint Committee on Structural Safety (JCSS), com base em surveys realizados em diversos países. Utilizando simulações de Monte Carlo, amostras de ações de utilização são obtidas para edifícios com diferentes tipos de ocupação. Estes valores são comparados com aqueles recomendados em diferentes normas técnicas internacionais, bem como com valores preconizados nas normas brasileiras NBR 6120:2019 e NBR 8681:2003 (Ações e Segurança nas Estruturas). As estatísticas obtidas para as distribuições de probabilidade das ações “extrema de cinquenta anos” e de “ponto arbitrário no tempo” são apresentadas; estas distribuições são extremamente importantes em análises de confiabilidade. O modelo estocástico também é empregado em uma calibração baseada em confiabilidade dos coeficientes parciais de segurança e fatores de combinação de ações variáveis das principais normas de projeto brasileiras.

Palavras-chave: ação de utilização; modelo estocástico; confiabilidade estrutural; coeficiente parcial de segurança; fator de combinação de ações; NBR 8681; NBR 6120

 
Sonicating polycarboxylate-based superplasticizer for application in cementitious matrix
Sonicação de superplastificante à base de policarboxilato para aplicação em matrizes cimentícias
  Full Paper (html): Pdf
  Laura Silvestro,Artur Spat Ruviaro,Geannina Terezinha dos Santos Lima,Paulo Ricardo de Matos,Erich Rodríguez,Philippe Jean Paul Gleize
 

Abstract

Sonication is widely used for nanomaterials dispersion in cementitious matrices. Polycarboxylate-based superplasticizer (SP) admixtures are usually incorporated in the aqueous nanomaterials suspension before sonication to improve the dispersion of these materials. Nevertheless, the effect of sonicating SP on its molecular structure or dispersing performance has not been fully investigated. This work assessed the effect of sonicating a commercial SP at 20 kHz, 750 W power, 50 or 80% amplitude, during 15 and 30 min. Initially, the sonication effect was evaluated in aqueous suspension by determining the SP size distribution (through dynamic light scattering – DLS) and zeta potential. Subsequently, the aqueous SP suspensions were used for Portland cement paste production. Rheological tests up to 120 minutes and compressive strength at 14 and 28 days were conducted. DLS and zeta potential results suggested that sonication reduce the size of SP chains. As a result, SP sonication increased the initial dynamic yield stress, viscosity, and hysteresis area of cement pastes. In contrast, SP sonication improved its time-dependent dispersing performance, resulting in pastes with reduced viscosity from 80 minutes onwards. Finally, SP sonication did not affect the compressive strength of cement pastes at 14 and 28 days of hydration. Overall, when SP is sonicated together with nanoparticles for application in cementitious matrices, the effect of sonicating the chemical admixture must be considered when the fresh-state properties of the composite are evaluated.

Keywords: superplasticizer; sonication; cement paste; rheology

  Resumo

A sonicação é amplamente utilizada para dispersão de nanomateriais em matrizes cimentícias. Aditivos superplastificantes à base de policarboxilato (SP) são geralmente incorporados na suspensão aquosa de nanomateriais antes da sonicação para melhorar a dispersão desses materiais. No entanto, o efeito da sonicação na estrutura molecular e no desempenho de dispersão do SP não foi totalmente investigado. Este trabalho avaliou o efeito da sonicação de um SP comercial a 20 kHz, potência de 750 W, amplitude de 50 e 80%, durante 15 e 30 min. Inicialmente, o efeito de sonicação foi avaliado em suspensão aquosa, determinando a distribuição de tamanho do SP (através de espalhamento dinâmico de luz – DLS) e potencial zeta. Posteriormente, as suspensões aquosas de SP foram utilizadas para a produção de pastas de cimento Portland. Foram realizados ensaios reológicos durante os primeiros 120 minutos de hidratação e a resistência à compressão foi avaliada aos 14 e 28 dias. Os resultados do potencial zeta e DLS sugeriram que a sonicação reduz o tamanho das cadeias de SP. Como resultado, a sonicação do SP aumentou a tensão de escoamento dinâmica inicial, a viscosidade e a área de histerese das pastas de cimento. Em contraste, a sonicação SP melhorou seu desempenho de dispersão ao longo do tempo, resultando em pastas com viscosidade reduzida a partir de 80 minutos. Finalmente, a sonicação SP não afetou a resistência à compressão das pastas de cimento aos 14 e 28 dias de hidratação. Em geral, quando o SP é disperso via sonicação juntamente com nanopartículas para aplicação em matrizes cimentícias, o efeito de sonicação do aditivo químico deve ser levado em consideração quando as propriedades de estado fresco do compósito são avaliadas.

Palavras-chave: superplastificante; sonicação; pastas de cimento; reologia

 
RC beams with rectangular openings in case of fire
Vigas de concreto armado com aberturas retangulares em situação de incêndio
  Full Paper (html): Pdf
  Fabrício Longhi Bolina,Guilherme Fisch,Valdir Pignatta e Silva
 

Abstract

Openings in reinforced concrete (RC) beams may be required due to building installations (electrical, water, etc.). They weaken its cross-sectional area and, in case of fire, can increase the thermal field of the structure. NBR 15200 does not consider this. The paper evaluated the influence of rectangular openings on the Fire Resistance Rating (FRR) of RC beams by the Simplified Method of NBR 15200. This method combines a non-linear thermal analysis (isotherms) with the evaluation of the flexural strength of the beams using a manual design calculation method. The thermal field were obtained by a thermal model solved by finite element analysis (FEA) with Abaqus software. Thermal parameters of NBR 15200 were used. This FRR was compared with equivalent beams without openings solved by the Tabular Method of NBR 15200. Twelve 60 cm high beams with different widths and dimensions of openings were studied. Beams with openings had a FRR up to 60 min lower than the equivalent beam without openings. The larger the size of the rectangular opening, the greater the mechanical degradation of the beam in fire. NBR 15200 Tabular Method proved to be unsafe in this case. Prescriptions for beams with openings must be shown in NBR 15200.

Keywords: reinforced concrete; beams; fire; openings; NBR 15200

  Resumo

As aberturas e furos em vigas de concreto são corriqueiramente exigidas em virtude das instalações prediais (de água, elétrica, etc). Elas fragilizam a seção e, em situação de incêndio, podem amplificar o campo térmico do elemento estrutural. A NBR 15200 não faz menção à essa situação. Este estudo avaliou a influência de aberturas retangulares no Tempo de Resistência ao Fogo (TRF) de vigas de concreto pelo Método Simplificado da NBR 15200. O método combina a definição de uma análise térmica não linear (isotermas) com o cálculo manual da resistência a flexão destas vigas. As isotermas foram obtidas por um modelo térmico resolvido pela teoria dos elementos finitos com auxílio do software Abaqus. Os resultados foram comparados com o TRF obtido em vigas sem aberturas pelo Método Tabular normatizado. Doze vigas de 60 cm de altura e com diferentes larguras e dimensões de aberturas foram avaliadas. As vigas com aberturas tiveram um TRF até 60 min inferior às sem aberturas. Quanto maior a dimensão da abertura, tanto maior foi a degradação mecânica da viga ao incêndio. O Método Tabular se mostrou inseguro nessa circunstância. Prescrições a vigas com aberturas devem ser apresentadas na NBR 15200.

Palavras-chave: estruturas de concreto; vigas; incêndio; aberturas; NBR 15200

 
Damage assessment & innovation of efficient retrofitting solution of RC slabs exposed to contact explosion
Avaliação de danos e inovação de solução eficiente de reabilitação de lajes de concreto armado expostas a explosão de contato
  Full Paper (html): Pdf
  Ibrahim Mohamed Metwally
 

Abstract

Under contact explosions, the reinforced concrete structures can behave in a brittle manner with highly localized damage like concrete cratering, spalling, and reinforcement rupturing. High-speed fragmentation resulting from concrete spall may cause severe casualties and injuries. It is therefore important to restrained concrete fragments and improve collapse resistance of the slab. A new retrofitting technique is proposed in this paper which completely prevents fragmentation. To mitigate blast effects on civil structures, a new kind of concrete material named Ultra-High-Performance-Concrete (UHPC) is now widely studied and applied. UHPC material is known for its high compressive and tensile strength, large energy absorption capacity as well as good workability and anti-abrasion ability compared to normal strength concrete(NRC). All of recent experimental published work concerning blast performance of UHPC slabs under far or near explosion effect, on the other side, the contact explosion tests are relatively limited experimentally and nearly impossible because of security restrictions and costly in terms of both preparation and measurements. So, the real and accurate finite element models are needed to address this gap and understanding the real contact-explosion behavior of both NRC and UHPC slabs. The numerical analyses allow gaining insight into the complex failure mechanisms occurring in the slab and not directly observable. In this study, coupled smoothed particle hydrodynamics (SPH) method and finite element method is utilized to simulate the contact blast tests. Numerical results are compared with the experimental observations, and the feasibility and accuracy of the numerical model are validated. The validated numerical model provided a useful tool for designing potential blast-retrofitting solutions which can prevent the local material damage and fragmentations in both NRC & UHPC slabs subjected to contact explosion. This study introduced adequate and very efficient protection solution for both NRC & UHPC slabs exposed to contact explosion (1 kg of TNT) by utilizing the composite action generated between slabs & bonded steel plates. The 2 mm and 1 mm bonded steel plates at both faces of the NRC and UHPC slabs respectively attained a superior resistance to contact explosion.

Keywords: UHPC; contact explosion; slabs; Ansys Workbench

 

Resumo

Sob explosões de contato, as estruturas de concreto armado podem se comportar de forma frágil com danos altamente localizados, como crateras de concreto, “spalling” e ruptura de reforço. A fragmentação em alta velocidade resultante de “spalling” de concreto pode causar graves mortalidades e ferimentos. Por isso, é importante conter fragmentos de concreto e melhorar a resistência ao colapso da laje. Uma nova técnica de reabilitação é proposta neste artigo que impede completamente a fragmentação. Para mitigar os efeitos da explosão nas estruturas civis, um novo tipo de material concreto chamado Ultra-High-Performance-Concrete (UHPC) é agora amplamente estudado e aplicado. O material UHPC é conhecido por sua alta resistência à compressão e tração, grande capacidade de absorção de energia, bem como boa trabalhabilidade e resistência à abrasão em comparação com o concreto de resistência normal (NRC). Todos os trabalhos publicados experimentais recentes sobre o desempenho das lajes UHPC consideram o efeito de uma explosão longe ou muito perto, por outro lado, os testes de explosão de contato são relativamente limitados experimentalmente e quase impossíveis devido a restrições de segurança e dispendiosos em termos de preparação e medições. Assim, os modelos reais e precisos de elementos finitos são necessários para resolver essa lacuna e entender o comportamento real de explosão de contato das lajes NRC e UHPC. As análises numéricas permitem obter informações sobre os complexos mecanismos de falha que ocorrem na laje e não diretamente observáveis. Neste estudo, o método de hidrodinâmica de partículas suavizadas (SPH) e o método de elemento finito são utilizados para simular os testes de explosão de contato. Os resultados numéricos são comparados com as observações experimentais, e a viabilidade e a precisão do modelo numérico são validadas. O modelo numérico validado forneceu uma ferramenta útil para projetar soluções potenciais de adaptação de explosão que podem evitar danos e fragmentações de materiais locais em ambas as lajes NRC e UHPC submetidas à explosão de contato. Este estudo introduziu uma solução de proteção adequada e muito eficiente para ambas as lajes NRC e UHPC expostas à explosão de contato (1 kg de TNT) utilizando a interação composta gerada entre lajes e placas de aço ligados. As chapas de aço coladas de 2 mm e 1 mm em ambas as faces das lajes NRC e UHPC, respectivamente, obtiveram uma resistência superior à explosão de contato.

Palavras-chave: UHPC; explosão de contato; lajes; Ansys Workbench

 
Analysis of shear strength of complementary mechanisms trends in reinforced concrete beams
Análise das tendências nos mecanismos complementares de resistência ao cisalhamento de vigas de concreto armado
  Full Paper (html): Pdf
  Igor José Santos Ribeiro,José Renato de Castro Pessoa,Túlio Nogueira Bittencourt
 

Abstract

The study of shear failure in concrete beams is one of the subjects growing in importance due to both the recent reformulations, and increasingly higher cross-section depths used. For instance, the recent updates in the ACI 318 (2019) shows the need to incorporate the size effect in the design of reinforced concrete elements. In this study, the same database adopted by the ACI-ASCE Committee DAfStb 445-D has been used to calculate shear strength, with and without the consideration of size effect, i.e., the design prescribed by ACI 318 (2014), ACI 318 (2019), Frosch et al. (2017), and the ABNT NBR 6118 (2014). Later these predictions are compared with test results. A dispersion analysis has outlined the trends regarding compressive strength, span to depth ratio, longitudinal reinforcement ratio and beam depth. Every variable was discussed per interval, delineating the causes related to the observable trends. Regarding the most prominent influences (effective depth and longitudinal reinforcement ratio), the approaches considering them directly through factors had provided results with no appreciable trends, with lower coefficients of variation (COV) and substantially more conservative for higher cross-section depths. As the Brazilian code does not consider both, a correction factors, determined by a two-step regression analysis on these parameters to adjust this design, are briefly introduced.

Keywords: fracture; size effect; concrete shear strength; reinforced concrete beams without stirrups; complementary mechanisms

  Resumo

O estudo da ruptura ao cisalhamento em vigas de concreto armado é uma dessas áreas que têm avultado em importância tanto devido às recentes reformulações efetuadas quanto as peças de seções cada vez maiores utilizadas. Por exemplo, as recentes atualizações no código ACI 318 (2019) apontam para a necessidade que tem sido demonstrada de incorporar o efeito escala no projeto de seções de concreto armado. Nesse estudo, o banco de dados adotado pelo Comitê ACI-ASCE DAfStb 445-D foi utilizado para cálculo da resistência ao cisalhamento, com e sem efeito escala, prescritas nas formulações ACI 318 (2014), ACI 318 (2019), Frosch et al. (2017), e ABNT NBR 6118 (2014). Em sequência, as predições foram comparadas com os resultados de ensaios. Uma análise da dispersão delineou as tendências concernentes à resistência à compressão, taxa vão-cisalhamento, taxa de reforço longitudinal e altura da viga. Cada uma das variáveis foi discutida por intervalo, discutindo as causas relacionadas às tendências observadas. No que tange as maiores influências (altura útil e taxa de reforço longitudinal), das abordagens que os consideram diretamente, resultaram em saídas sem tendências apreciáveis, com menores coeficientes de variação (COV) e satisfatoriamente mais conservadoras para seções com maiores alturas. Como o código brasileiro não considera esses fatores, fatores de correção obtidos mediante uma análise de regressão efetuada em duas etapas, são brevemente introduzidos.

Palavras-chave: fratura; efeito escala; resistência ao cisalhamento do concreto; vigas de concreto armado; mecanismos complementares

 
Modal P-delta – simplified geometric nonlinear method by using modal and buckling analysis
Modal P-delta – método no lineal geométrico simplificado mediante el uso del análisis modal y de pandeo
  Full Paper (html): Pdf
  Wagner Almeida Ferreira,Jeffer Roussell Cordova De La Cruz,Iván Darío Gómez Araujo,Jesús Antonio Garcia Sánchez
 

Abstract

Recent works show that in structures, there is a relationship between the natural period of vibration and global second-order effects. This relationship occurs because both depend on the stiffness matrix and the mass matrix of the structure. In this work, a non-linear geometric method - modal P-delta – is proposed that takes advantage of the relationship between the dynamic parameters and the non-linear effects. The methodology establishes an association between the buckling instability modes and the structural vibration modes. An interpolation of the vibration modes without axial loading and vibration modes with critical axial loading is proposed to approximate the vibration modes and frequencies of the loaded structure. In this way, through a simple formulation, the vibration modes and the natural frequencies of the loaded structure can be used to evaluate the displacements of the structures including the non-linear effects. Several numerical examples were simulated in regular structures in the plane, such as a free-fixed column and a plane frame with two different loading configurations. The results generated with the modal P-delta method provide information about the nonlinear behavior of the pre-buckling equilibrium path. These results are different from the findings in the literature, where the relationship between dynamic parameters and non-linear effects is used as a simple indicator or amplification factors to determine non-linear effects. Furthermore, our results indicate that the modal P-delta reduces the computational time spent considerably compared to the traditional P-delta iterative method.

Keywords: geometric non-linearity; modal analysis; structural stability; p-delta

  Resumo

Trabajos recientes muestran que en las estructuras existe una relación entre el período natural de vibración y los efectos globales de segundo orden. Esta relación se da porque ambas dependen de la matriz de rigidez y de la matriz de masa de la estructura. Este trabajo propone un método geométrico no lineal - modal P-delta - que aprovecha una relación entre parámetros dinámicos y efectos no lineales. La metodología establece una asociación entre los modos de inestabilidad de pandeo y los modos de vibración estructural. Se propone una interpolación de los modos de vibración sin carga axial y modos de vibración con carga axial crítica para aproximar los modos y frecuencias de vibración de la estructura cargada. De esta manera, a través de una formulación simple, los modos de vibración y las frecuencias naturales de la estructura cargada pueden usarse para evaluar los desplazamientos de las estructuras incluyendo los efectos no lineales. Se simularon varios ejemplos numéricos en estructuras regulares tales como una columna libre-empotrada y un marco plano con dos configuraciones diferentes de carga. Los resultados generados con el método modal P-delta proporcionan información sobre el comportamiento no lineal de la trayectoria de equilibrio previa al pandeo. Estos resultados difieren de los hallazgos en la literatura, donde la relación entre los parámetros dinámicos y los efectos no lineales se utiliza como un indicador simple o factores de amplificación para determinar los efectos no lineales. Además, nuestros resultados indican que el P-delta modal reduce el tiempo computacional empleado considerablemente en comparación con el método iterativo P-delta tradicional.

Palabras clave: no linealidad geométrica; análisis modal; estabilidad estructural; P-delta

 
Effect of prehydration of Portland cement on the superplasticizer consumption and the impact on the rheological properties and chemical reaction
Efeito da pré-hidratação do cimento Portland no consumo de superplastificante e o impacto nas propriedades reológicas e na reação química
  Full Paper (html): Pdf
  Danila Fabiane Ferraz,Ariane Carolina Rodrigues Martho,Elizabeth Gertrude Burns,Roberto Cesar de Oliveira Romano,Rafael Giuliano Pileggi
 

Abstract

The use of pre-hydrated cement in formulation of mortar and concrete is common because there is not always effective control on the cement production, grinding, transportation and subsequent storage. This paper presents a case study on the optimization of admixture for use with prehydrated cement by assessing changes in the rheological properties of Portland cement artificially pre-hydrated. The cement was artificially pre-hydrated by exposure to relative humidity (RHs) of 90%, in an environment of NH4Cl saturated solution. Additionally, the cement pastes were evaluated with and without superplasticizer. Stepped flow test using a parallel-plate geometry was the method choose to evaluate the rheological behavior, apparent viscosity, yield stress and hysteresis area of each paste at the early age. Oscillatory rheometry was conducted to evaluate the storage modulus (G’), comparing the consolidation with the hydration kinetics obtained by calorimetric evaluation of the same suspensions. Initial rheometer results indicate that the pre-hydrated sample presents lower level of shear stress than the reference sample, because of the higher reactivity of the non-pre-hydrated sample.

Keywords: Portland cement; prehydration; chemical reaction; rheology; superplasticizer

  Resumo

A utilização de cimento pré-hidratado na formulação de argamassas e concretos é comum, pois nem sempre há um controle efetivo na produção do cimento, moagem, transporte e posterior armazenamento. Este trabalho apresenta um estudo de caso sobre a otimização de aditivo para uso com cimento pré-hidratado, avaliando as mudanças nas propriedades reológicas do cimento Portland pré-hidratado artificialmente. O cimento foi pré-hidratado artificialmente por exposição à umidade relativa (URs) de 90%, em ambiente de solução saturada de NH4Cl. Adicionalmente, as pastas de cimento foram avaliadas com e sem superplastificante. O teste de fluxo escalonado usando uma geometria de placas paralelas foi o método escolhido para avaliar o comportamento reológico, viscosidade aparente, tensão de escoamento e área de histerese de cada pasta em idade precoce. A reometria oscilatória foi realizada para avaliar o módulo de armazenamento (G'), comparando a consolidação com a cinética de hidratação obtida pela avaliação calorimétrica das mesmas suspensões. Os resultados iniciais do reômetro indicam que a amostra pré-hidratada apresenta menor nível de tensão de cisalhamento do que a amostra de referência, devido à maior reatividade da amostra não pré-hidratada.

Palavras-chave: cimento Portland; pré-hidratação; reação química; reologia; superplastificante