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[pt] DESEMPENHO MECÂNICO DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS DE COMPORTAMENTO STRAIN-HARDENING SUBMETIDOS A CARREGAMENTOS COMBINADOS E DE IMPACTO / [en] ON THE MECHANICAL BEHAVIOR OF STRAIN HARDENING CEMENTITIOUS COMPOSITES (SHCC) UNDER COMBINED AND IMPACT LOADINGTATHIANA CARAM SOUZA DE PAULA FIGUEIREDO 24 May 2022 (has links)
[pt] O concreto armado (CA) tem sido amplamente utilizado em construções civis
durante quase dois séculos devido a sua versatilidade e relativamente baixo custobenefício
quando comparado com outros sistemas estruturais. É, notoriamente, o
sistema mais adotado na construção de obras estratégicas e de infraestrutura. No
entanto, as construções de CA estão em constante deterioração. Sobretudo nas
últimas décadas, atenção especial vem sendo dada à influência de cenários
dinâmicos nesse tipo de sistema estrutural devido à intrínseca baixa resistência à
tração e fragilidade do concreto, que promovem extensos horizontes de fissuração
na ocorrência desses eventos. A presente investigação dedicou-se à avaliação de
duas variações de compósitos cimentícios de comportamento strain-hardening
(SHCC) como material de reforço para melhorar a resistência ao impacto de
edifícios existentes, em especial membros estruturais com falhas críticas por
cisalhamento. SHCC é uma classe relativamente nova de compósito cimentício
reforçado com fibras, em geral microfibras sintéticas com fração volumétrica média
de 2 %. Estudos recentes já demonstraram que este compósito é capaz de deformarse
substancialmente quando submetido à tração direta (até 6% dependendo da
dosagem) durante o estágio de múltipla-fissuração, enquanto sustenta uma abertura
de fissura de até 100 μm. O SHCC parece especialmente adequado para resistir a
impactos de alta velocidade devido ao número relevante de superfícies que se
formam durante a sua fase de deformação, uma vez que a grande quantidade de
superfícies que são formadas durante o processo de múltipla-fissuração representa
uma perspectiva elevada de dissipação de energia sem reduzir a capacidade de
carregamento. Dois tipos de SHCC de resistência normal foram escolhidos para
serem avaliados nesta investigação. Os compósitos diferenciavam-se principalmente no tipo de fibra de reforço: PVA e UHMWPE. Como os elementos
estruturais incorporados em estruturas estão frequentemente sujeitos a estados
multiaxiais de tensão, para avaliar o potencial de SHCC como material de reforço,
ensaios combinados de torção e tensão foram desenvolvidos. Tais resultados
permitiram o aprofundamento da compreensão do desempenho mecânico dos
SHCC em análise sob cisalhamento, ao mesmo tempo que permitem a combinação
desses esforços com tensões normais de tração. Em seguida, o potencial efetivo do
SHCC no melhoramento da resistência e resiliência de elementos estruturais
existentes a cargas de impacto foi investigado por um extenso programa
experimental que contou com 24 vigas de escala real. Os parâmetros variados
foram: (i) o tipo de SHCC; (ii) a configuração de reforço interno (espécimes com e
sem estribos); (iii) a energia de impacto (que variou entre 2,1 kJ e 6,4 kJ,
correspondendo a velocidades aproximadas de 17 m/s a 30 m/s, respectivamente).
Os resultados foram avaliados em termos da resposta mecânica, padrões de
fissuração, e análise modal. Foi demonstrado que ambos os tipos de SHCC
contribuíram para a melhora da resistência ao impacto das vigas de CA reforçadas,
melhorando expressivamente a resposta dinâmica residual e de estabilidade,
enquanto contribuíram efetivamente para segurança de usuários ao propiciar uma
redução substancial de detritos desprendidos durante os testes. O SHCC reforçado
com fibras de UHMWPE mostrou-se menos sensível à presença ou ausência de
estribos, sugerindo que esse compósito seja o mais adequado para aplicações de
reforço de cisalhamento em cenários dinâmicos onde existe uma deficiência, ou
incerteza, sobre o reforço transversal interno dos membros existentes. / [en] Reinforced concrete (RC) has been widely used in civil constructions for
almost two centuries due to its versatility and relatively low cost-effectiveness ratio
when compared with other structural systems. It is notably the preferred material
for the construction of strategic infrastructures. However, RC constructions are in
constant deterioration. Special attention had been given in the last decades to the
influence of dynamic scenarios on RC structures due to concrete s inherent low
tensile strength and brittle nature, which promotes intense cracking during these
events. The present research focused on the assessment of two variations of strainhardening
cementitious composites (SHCC) as strengthening material to improve
the impact resistance of existing buildings, moreover structural members with
critical shear failure. SHCC is a somewhat new class of fiber-reinforced composite
reinforced with synthetic microfibers with an average content of 2 % in volume.
Previous research studies already demonstrated that this composite is able to yield
substantial deformations under tension (up to 6 % depending on the dosage) during
its multiple-cracking phase, while enduring a crack-width limit of 100 μm. SHCC
seems especially appropriate to withstand high-velocity impacts due to the relevant
number of surfaces that are formed during its deformation phase since it represents
a high perspective of energy dissipation without reducing load-bearing capacity.
Two types of normal-strength SHCC were chosen to be assessed in this research.
The composites differed mainly in the type of reinforcing fiber: PVA, and
UHMWPE. As structural members embodied in structures are often subjected to
multiaxial stress states, to evaluate SHCC´s potential as a strengthening material,
combined torsion and tension tests were developed. These tests deepen the
understanding of SHCC s mechanical performance under shear, while also enabled the combination with normal stresses. Then, SHCC s actual potential to improve the
impact resistance and afterlife of existing structural members was investigated
during an extensive experimental program that counted with 24 real-scale beams.
The varied parameters were: (i) the type of SHCC; (ii) the internal reinforcement
configuration (specimens with, and without stirrups); (iii) the impact energy (which
was varied between 2.1 kJ and 6.4 kJ, corresponding to approximated velocities of
17 m/s to 30 m/s, respectively). The results were assessed in terms of their
mechanical response, cracking patterns, and modal analysis. It was demonstrated
that both types of composites improved the impact resistance of the strengthened
RC members, outstandingly improving the impact safety with regards to residual
dynamic response and stability while presenting a substantial reduction of spalling
and scabbing material. The SHCC produced with UHMWPE fibers appeared to be
less sensitive to the presence or absence of stirrups, posing as more suitable
alternative for shear strengthening applications within dynamic scenarios where
there is a deficient, or even uncertainty, about the internal transversal reinforcement
of the existing members.
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[en] CREEP AND MECHANICAL PROPERTIES OF CEMENTITIOUS COMPOSITES REINFORCED WITH STEEL AND POLYPROPYLENE FIBER / [pt] FLUÊNCIA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DE COMPÓSITOS CIMENTÍCIOS REFORÇADOS COM FIBRA DE AÇO E POLIPROPILENOVICTOR NOGUEIRA LIMA 10 January 2020 (has links)
[pt] A fluência em compósito cimentício reforçado com fibra (CRF) no estado pré-fissurado tornou-se um importante tópico de estudo recentemente. Isso se deve ao fato de que o comportamento dependente do tempo do CRF e a estabilidade a longo prazo de fissuras sob cargas de flexão sustentadas ainda são pouco compreendidas. Este trabalho busca explorar o uso de fibras de aço e PP para definir sua influência na fluência, analisando a evolução das aberturas de fissuras com o tempo. O material foi inicialmente caracterizado sob testes de flexão de três e quatro pontos em amostras prismáticas com entalhe. Para os testes de fluência, os corpos de prova foram pré-fissurados a 0,5 mm e testados sob carga constante durante 45 dias. Para entender os mecanismos relacionados, testes de fluência também foram realizados em fibras e em uma configuração de arrancamento. Analisando os resultados dos testes de fluência, verificou-se que a taxa de COD (crack opening displacement) é uma ferramenta interessante para avaliar o comportamento a longo prazo do CRF fissurado e para definir um critério de estabilidade. Além disso, verificou-se que o concreto incorporando fibras sintéticas apresenta maiores deformações de fluência do que o reforçado com fibras de aço. Isso pode ser explicado pelas diferentes características das ligações fibra-matriz, analisadas pelos testes de arrancamento monotônico e de carga sustentada, e pela resposta de compressão do compósito. Finalmente, as propriedades residuais das amostras ensaiadas por fluência foram determinadas por testes monotônicos de flexão. / [en] Creep in pre-cracked fiber reinforced cementitious composites has become an important topic of study recently. This is due to the fact that the time dependent behaviour of FRC and long term stability of cracks under sustained bending loads are still poorly understood. This work seeks to explore the use of steel and PP fibers in order to define their influence on creep, by analyzing the crack opening displacement rate in FRC specimens. The material was first characterized under three and four-point bending tests in notched prismatic specimens. For the creep tests, the specimens were pre-cracked to 0.5 mm, and then tested under constant load during 45 days. In order to better understand the related mechanisms, creep tests were also carried on single fibers and in a fiber pullout configuration. Analyzing the creep tests results, it was verified that the COD rate is an interesting tool to evaluate the long-term behaviour of the cracked FRC and to define a stability criterion. In addition, it was found that concrete incorporating macro synthetic fibers presents higher creep deformations and higher creep rate than concrete reinforced with steel fibers. This can be explained by the different fiber-matrix bond characteristics, analyzed by monotonic and sustained load pullout tests, and by the compression response of the composite. Finally, the residual properties of creep tested specimens were determined by monotonic flexural tests performed in the FRC specimens after the creep tests.
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[en] INFLUENCE OF STEEL FIBERS IN THE MECHANICAL BEHAVIOR AND CRACKING MECHANISMS OF SELF-CONSOLIDATING CONCRETES / [pt] INFLUÊNCIA DE FIBRAS DE AÇO NO COMPORTAMENTO MECÂNICO E NOS MECANISMOS DE FISSURAÇÃO DE CONCRETOS AUTOADENSÁVEISERIC VALLOTTI PEREIRA 18 September 2017 (has links)
[pt] No presente trabalho foi investigado o comportamento mecânico de um concreto autoadensável reforçado com fibras de aço. Foram utilizadas fibras de aço torcidas e com ganchos, nos comprimentos de 25, 30 e 60 mm e diâmetros de 0,5, 0,62 e 0,75 mm. Para cada uma destas fibras e para cada uma das frações volumétricas investigadas (0,5, 1,0 e 2,0 por cento) foram realizados os ensaios de flexão em quatro pontos em corpos de prova prismáticos e de tração direta em corpos de prova do tipo dog bone shaped. Nos ensaios de flexão, os índices de tenacidade e as cargas residuais foram contabilizados. Alternativamente, determinou-se a energia absorvida nos ensaios de flexão de painéis circulares conforme a ASTM C1550, cuja abertura de fissuras foi medida com o auxílio de transdutores de deslocamento. Os corpos de prova reforçados com fibras de aço submetidos à tração direta se mostraram mais dúcteis com relação à matriz de concreto autoadensável, observando-se grande influência do volume e comprimento ancorado das fibras nas cargas residuais da zona de pós-fissuração. Nos ensaios de flexão, observaram-se grandes incrementos na tenacidade e deformações correspondentes às cargas residuais. Por fim, analisou-se a influência desses concretos no comportamento de vigas armadas sujeitas à flexão. A evolução da abertura de fissuras foi monitorada com sistema de correlação digital de imagens, sendo posteriormente correlacionadas com cargas aplicadas e com os deslocamentos obtidos nos ensaios. Observou-se nestes ensaios, que o reforço fibroso aumentou a capacidade de carga e a rigidez à flexão, atrasando consideravelmente o surgimento de fissuras. / [en] In the present work the mechanical behavior of a self-consolidating concrete reinforced with steel fibers was investigated. Twisted and hooked end steel fibers were used in lengths of 25, 30 and 60 mm and diameters of 0.5, 0.62 e 0.75 mm. For each of these fibers and for each volumetric fractions investigated (0.5, 1.0 and 2.0 percent), the four-point bending tests on prismatic specimens and direct tensile in dog bone shape specimens were performed. In the flexural tests, the toughness and residual strengths were computed. Alternatively, the energy absorption capacity in the round panel tests was determined following the ASTM C1550. During the test the crack opening was measured through displacement transducers. The steel fiber reinforced concrete subject to direct tensile loading was more ductile than the self-consolidating concrete matrix, showing a high influence of the volume and embedded length of the fibers in the residual loads in the post-cracking zone. In the bending tests, a large increase in the toughness and strains corresponding to the residual loads were observed. Finally, the influence of the fiber reinforced concretes on the behavior of reinforced beams subject to bending was investigated. The evolution of the crack openings was monitored with a digital image correlation system and correlated to the applied load and displacements. It was observed in these tests that the fibrous reinforcement considerably increased the load capacity and flexural stiffness, delaying the crack growth.
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[en] CARBON FIBER REINFORCED POLYMER TORSION STRENGTHENING OF REINFORCED CONCRETE BEAMS / [pt] REFORÇO À TORÇÃO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO COM COMPÓSITOS DE FIBRAS DE CARBONOJULIO JERONIMO HOLTZ SILVA FILHO 27 September 2007 (has links)
[pt] Este estudo teórico-experimental analisa o comportamento
até a ruptura de
vigas de concreto armado reforçadas externamente à torção
com compósitos de
fibras de carbono (CFC). No programa experimental, sete
vigas de concreto
armado, com seção transversal de 20 cm x 40 cm e 420 cm de
comprimento,
com mesma armadura de aço longitudinal e transversal e
concreto com mesma
resistência à compressão, foram ensaiadas até a ruptura.
As vigas testadas
foram divididas em três séries, sendo uma viga de
referência sem reforço, três
vigas com reforço transversal externo e três vigas com
reforço externo
transversal e longitudinal. Para a realização dos ensaios
foi montada uma
estrutura auxiliar de aço capaz de transferir às vigas a
solicitação de torção pura.
No estudo teórico foram desenvolvidas duas formulações. A
primeira formulação,
baseada no modelo da treliça espacial generalizada com
abrandamento de
tensões, apresenta uma sistemática para traçado da curva
momento torçor x
ângulo de torção por unidade de comprimento de vigas de
concreto armado
reforçadas à torção. A segunda formulação, fundamentada no
modelo da
Analogia da Treliça Espacial de acordo com a filosofia de
dimensionamento do
Eurocode 2, apresenta uma sistemática para dimensionamento
de reforço com
CFC . As duas metodologias adotam um modelo para
determinação da
aderência entre o substrato de concreto e o reforço. A
inclusão da aderência nos
modelos desenvolvidos é de grande importância porque em
geral a ruptura do
elemento estrutural ocorre devido ao descolamento do CFC.
Os resultados
experimentais obtidos nos testes das vigas foram
utilizados para validar as duas
formulações teóricas desenvolvidas. Os resultados
experimentais apresentaram
boa aproximação quando comparados com os modelos
propostos. Verificou-se
que todas as vigas reforçadas apresentaram um acréscimo de
resistência à
torção em torno de 40% em relação à viga de referência.
Verificou-se que, após
a fissuração, as vigas reforçadas apresentaram perda de
rigidez inferior à da
viga de referência. Observou-se que o ângulo da fissura
medido
experimentalmente, o ângulo de inclinação calculado pelo
estado de deformação
e o ângulo de inclinação calculado pelo estado de tensão
da viga apresentaram
valores próximos para cada viga. / [en] A theoretical-experimental research on the torsional
behavior up to failure
of reinforced concrete beams strengthened with external
carbon fiber composites
(CFC) was carried out. The experimental study comprises a
series of seven
reinforced concrete beams with the same compressive
strength of concrete
loaded to failure and subjected to torsion. The beams
dimensions were 20 cm x
40 cm x 420 cm. The test specimens had the same internal
steel reinforcement.
The beams were divided in three series: the reference beam
without
strengthening; three beams with the external strengthening
applied transversally
and three beams with the external strengthening applied
transversally and
longitudinally. For the accomplishment of the tests an
auxiliary steel structure
was mounted, capable to transfer to the beams the pure
torsion moment. In the
theoretical study two analytical procedures were
developed. The first formulation,
based on the softened space truss model for torsion,
presents a systematic to
obtain the curve torsion moment x torsion angle per length
unit of the reinforced
concrete beams with CFC torsion strengthening. The second
systematic, based
on the Space Truss Model in accordance with the Eurocode
2, presents the
design of the CFC strengthening. Both methodologies adopt
the Chen and Teng
bond model between concrete and CFC. The consideration of
the bond in the
developed models is very important because the failure of
the concrete members
often occurs from debonding of the CFC. The experimental
results from the
beams tests were used to validate the two analytical
procedures. Good
agreement was obtained with the experimental and
analytical results. For all the
strengthened beams the average values of torsion strength
were increased by
40% when compared to the reference beam. After cracking,
the loss of rigidity in
the strengthened beams was lower then in the reference
beam. The cracking
angle experimentally measured and the strut angles
evaluated by strain state and
stress state presented close values.
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[en] EXPERIMENTAL STUDY OF REINFORCED CONCRETE BEAMS STRENGTHENED FOR SHEAR FORCE WITH CARBON FIBER COMPOSITES / [pt] ESTUDO EXPERIMENTAL DO REFORÇO À FORÇA CORTANTE DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO COM COMPÓSITOS DE FIBRAS DE CARBONOLUIS ALBERTO SPAGNOLO JUNIOR 22 July 2008 (has links)
[pt] Neste trabalho é realizado o estudo experimental de oito
vigas de concreto armado de seção T (cm bw=15cm e cm
h=40cm), com 300 cm de comprimento, biapoiadas
e com a mesma armadura longitudinal, reforçadas à força
cortante com compósitos de fibras de carbono (CFC). As
mesmas foram divididas em duas séries de quatro vigas, com
uma viga de referência para cada série, onde a taxa de
armadura transversal interna foi maior para a Série I do
que para a Série II. Para as três vigas reforçadas de cada
série variou-se o número de camadas do reforço em
CFC por meio de estribos em U, os quais foram ancorados
longitudinalmente por meio de faixas desse compósito. A
colagem do CFC foi executada após o surgimento das
primeiras fissuras diagonais no trecho de maior cortante. Os
resultados dos ensaios mostraram que as vigas reforçadas
apresentaram um aumento mínimo de resistência à força
cortante de 36% em relação às respectivas vigas de
referência, e que a ruptura de todas as vigas ocorreu por
tração diagonal, com o descolamento do CFC na região de sua
ancoragem. O modelo cinemático e do ACI-440 (2001)
apresentaram resultados mais próximos aos dos ensaios
realizados para a resistência total da força cortante. O
resultado experimental da parcela da força cortante
resistida pelo CFC apresentou resultados superiores aos
calculados por diversos modelos teóricos, e os resultados
mais consistentes foram os modelos da FIB-Bulletin 14
(2001) e Khalifa e Nanni (2002). A análise de
diversos parâmetros mostrou que o fator de efetividade Vf
do reforço diminui quando a rigidez E(f)P(f) do CFC
aumenta, portanto, há um menor acréscimo de
resistência total à força cortante. / [en] This analysis involves the experimental study of eight
reinforced concrete beams of T section ( cm bw=15cm e
h=40cm), with cm 300cm of length, bisupported and with the
same longitudinal reinforcement, strengthened for shear
force with carbon fiber composites (CFC). They were divided
in two series of four beams, with a reference beam for each
series, where the internal transversal reinforcement ratio
was greater for Serie I than Serie II. For the three
strengthened beams of each series the number of layers of
the reinforcement in CFC made by U stirrup varied, which
were anchored longitudinally by stirrups of this composite.
The CFC glue was done after the first diagonal cracks in
the shear region. The results of the tests showed that the
strengthened beams had a minimum increase of shear force of
36% in relation to the respective reference beams and the
rupture of them occurred due to diagonal tension, with the
CFC debonding in the region of its anchorage. The cinematic
(upper-bound solution) and ACI-440 (2001) model presented
results close to the experimental results for the shear
strength. The experimental result of the shear force parcel
resisted by the CFC presented superior results to the
calculated by diverse theoretical models, and the most
consistent ones were FIB-Bulletin 14 (2001) and Khalifa and
Nanni (2002) models. The analyses of diverse parameters
showed that the strengthening effectiveness Vf decreases
when the rigidity E(f)P(f) of CFC increases, therefore
there is a lesser increase of total strength to the shear
force.
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[en] RESIDUAL STRENGTH OF REINFORCED CONCRETE COLUMNS SUBJECT TO ELEVATED TEMPERATURES / [pt] RESISTÊNCIA RESIDUAL DE COLUNAS DE CONCRETO ARMADO SUBMETIDAS A ALTAS TEMPERATURASEDUARDO HENRIQUE DE BARROS LIMA 11 February 2019 (has links)
[pt] O concreto é conhecido por ter um bom desempenho quando exposto a altas temperaturas pelo fato de apresentar baixa condutividade térmica, ser incombustível e não exalar gases tóxicos. Entretanto, devido à sua composição heterogênea, o concreto sofre alterações físicas, químicas e mecânicas que podem comprometer sua integridade estrutural. Em estruturas de concreto armado, deve-se ter atenção especial aos pilares, cuja capacidade portante é reduzida significativamente em altas temperaturas e seu colapso, de natureza brusca, pode resultar na instabilidade global da estrutura. As reduções nas propriedades mecânicas dos materiais aliadas a lascamentos, fissuras e deformações excessivas podem comprometer seu desempenho, tornando-se necessária a verificação da segurança em situações de incêndio. Com o objetivo de analisar a resistência residual de colunas de concreto armado submetidas a altas temperaturas, foram realizados ensaios de compressão em corpos-de-prova cilíndricos de concreto simples de 5x10 cm submetidos a diferentes temperaturas (200, 400, 600, 800 e 1000 graus Celsius) e de concreto armado de 15x30 cm com diferentes configurações de estribos e submetidos a distintos tempos de exposição (30, 60, 90 e 120 minutos). Em ambos os ensaios, os corpos-de-prova foram resfriados em temperatura ambiente. Os resultados do programa experimental comprovam a perda de resistência à compressão e seus valores foram comparados a modelos numéricos e ao Método da Isoterma de 500 graus Celsius constante na ABNT NBR 15200 de 2004 e no EUROCODE 2. / [en] Concrete is well-known for exhibiting good performance when exposed to elevated temperatures because its low thermal conductivity coefficient, noncombustible properties and reduced emission of toxic gases. However, due to its heterogeneous composition, concrete undergoes physical, chemical and mechanical alterations that can compromise its structural integrity. In reinforced concrete structures, special attention should be paid to the columns, in bearing capacity is reduced significantly at elevated temperatures and their collapse, naturally brittle, may result in overall instability of structure. Reductions in the mechanical properties of the steel and concrete combined with spalling, cracking and excessive deformation compromise its performance, making it necessary to verify the safety in fire situations. In order to analyze the residual strength of reinforced concrete columns submitted to elevated temperatures, compression tests were carried out on plain concrete cylindrical specimens of 5x10 cm exposed to different temperatures (200, 400, 600, 800 and 1000 degrees Celsius) and on reinforced concrete of 15x30 cm considering different stirrups configuration and exposure times (30, 60, 90 and 120 minutes). In both tests, the specimens were cooled to room temperature. The results of the experimental program demonstrate the loss of compression strength and their values were compared to those obtained numerical models and to the Isotherm Method of 500 degrees Celsius, recommended in ABNT NBR 15200 of 2004 and in EUROCODE 2.
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[en] OPTIMUM DESIGN OF CABLES IN PRESTRESSED CONCRETE STRUCTURES CONSIDERING THE ULTIMATE LIMIT STATE OF BENDING / [pt] OTIMIZAÇÃO DO TRAÇADO DE CABO EM VIGAS DE CONCRETO PROTENDIDO CONSIDERANDO O ESTADO LIMITE ÚLTIMO DE FLEXÃOMELISSA SENHORINHO VENTURA E ESTEVES 19 August 2002 (has links)
[pt] A busca por uma estrutura ótima, que consuma o mínimo de
material possível, e atenda, ao mesmo tempo, aos critérios
de segurança e bom comportamento em serviço e aos
aspectos construtivos, deve ser preocupação primordial de
todo engenheiro de projeto. Daí a grande importância da
área da engenharia que trata de otimização de estruturas,
que visa estudar ferramentas que auxiliem o engenheiro na
obtenção do projeto ótimo.Este trabalho tem como objetivo
apresentar uma metodologia para a determinação do
traçado ótimo de cabos aderentes de protensão, considerando-
se condições do estado limite último de flexão, além
daquelas usuais referentes aos estados limites de
utilização.A solução de problema é obtida via técnicas de
otimização, trabalhando com o algoritmo de Han-Powell, de
programação não-linear.As variáveis de projeto são a força
de protensão, os coeficientes das parábolas que
descrevem o cabo protendido e os parâmetros da configuração
deformada em cada seção de estudo da viga.O problema de
otimização estrutural proposto é minimizar a força de
protensão em vigas isostáticas e hiperestáticas, submetido
a restrições geométricas, limitações das tensões
nos bordos extremos da viga no estado limite de utilização,
e verificação do estado limite último em seções previamente
definidas.O desenvolvimento de um programa de computador
permitiu a implementação deste problema e a geração, como
resultado, do traçado ótimo de um cabo médio, e da força de
protensão mínima, após as perdas imediatas, consideradas
constantes ao longo do comprimento da viga. / [en] The search for the optimum design, with the minimum
possible material consumption and satisfying, at the same
time, safety and in service conditions and also the
constructive aspects, must be a central preoccupation of
all engineers.Therefore the optimization of structures is
such an important engineering area, which studies tools for
helping the engineering to obtain the optimum design.
The objective of this work is to present on methodology for
the determination of the optimum design of prestressed
cable, considering both the ultimate limit state and the in
service limit state.The solution of the problem is obtained
through optimization techniques, normally,the Han-Powell
algorithm is applied for solving the non-linear programming
problem.The design variables are the prestressed force and
the parameters, which define the geometry of the cable and
the deformation of the beam in given sections.The proposed
optimization problem is to minimize the prestressed force
in beams while constraining the geometry of the cable and
the stresses during in service loads and satisfying safety
in the ultimate limit state in prescribed sections.
A computer program, based on the formulation, was developed
which allowed the user to obtain the optimum design of the
cable and the correspondent minimum prestressed force,
after immediate losses which are considered constant along
the beam length.
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[en] BEHAVIOR OF SLENDER HIGH STRENGTH CONCRETE COLUMNS SUBJECTED TO AXIAL LOAD AND BENDING ABOUT ONE AXIS / [pt] COMPORTAMENTO DE PILARES ESBELTOS DE CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA SUJEITOS À FLEXÃO COMPOSTA RETAROXANA OLARTE ENCISO 05 October 2010 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta um estudo experimental do comportamento de
pilares esbeltos de alta resistência submetidos à flexão composta reta. Foram
ensaiados oito pilares divididos em duas séries, sendo uma série com concreto de
40 MPa e a outra com concreto de 80 MPa aos vinte e oito dias. Todos os pilares
tinham seção transversal de 15x25 cm e altura de 300 cm. Em cada série, a
variável foi a taxa de armadura longitudinal que assumiu quatro valores
diferentes. O objetivo foi verificar os valores da excentricidade de segunda ordem
que devem ser considerados no dimensionamento de pilares esbeltos de concreto
de alta resistência. Os resultados dos ensaios foram comparados com os resultados
teóricos obtidos pelos modelos da curvatura aproximada e da rigidez aproximada
que constam na NBR6118:2003. Essa comparação mostrou uma boa
concordância entre os resultados experimentais e teóricos. / [en] This work presents an experimental study of the behavior of slender high
strength concrete columns under uniaxial eccentric compression loads. Eight
columns were tested, divided into two series, one series with concrete of 40 MPa
and the other with concrete of 80 MPa at twenty eight days. All columns had a
cross-section of 15x25 cm and height of 300 cm. In each series, the variable was
the longitudinal reinforcement ratio which assumed four different values. The
objective was to verify the values of the eccentricity of second order that should
be taken into account in the design of slender high strength concrete columns. The
experimental results were compared with theoretical results obtained by the
models of the approximated curvature and approximated stiffnes methods
prescribed in the NBR6118:2003 code. This comparison showed a good
agreement between the experimental and theoretical results.
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[en] STUDY OF THE COMPRESSIVE FATIGUE BEHAVIOR OF FIBER REINFORCED CONCRETE / [pt] ESTUDO DO COMPORTAMENTO À FADIGA EM COMPRESSÃO DO CONCRETO COM FIBRASARTHUR MEDEIROS 24 August 2018 (has links)
[pt] Esta pesquisa teórico-experimental teve como objetivo avaliar a influência da frequência de carregamento no comportamento à fadiga em compressão do concreto com e sem fibras e foi realizada através da colaboração entre a Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro e a Universidad de Castilla-La Mancha – Espanha durante o doutorado sanduíche. A motivação surgiu da idéia de construir torres eólicas, com cem metros de altura, em concreto de alto desempenho como uma solução mais econômica. Estas torres estão submetidas a ciclos de carga e descarga com frequências desde 0,01 Hz até 0,3 Hz. A adição de fibras melhora o desempenho do concreto à tração, reduzindo a fissuração. No estudo experimental foram produzidos três concretos de mesma matriz: sem fibras, com fibras de polipropileno e fibras de aço. Foram realizados 124 ensaios de fadiga em compressão em corpos de prova cúbicos de 100 mm de aresta, divididos em doze séries: três concretos e quatro frequências 4 Hz, 1 Hz, 0,25 Hz e 0,0625 Hz. Comparando-se o número de ciclos até a ruptura foi possível verificar experimentalmente que a frequência influenciou o comportamento do concreto à fadiga em compressão e que a adição de fibras melhorou o desempenho à fadiga apenas para as frequências mais baixas. O desempenho das fibras de aço foi bastante superior ao das de polipropileno. Foi proposto um modelo probabilístico que busca relacionar os parâmetros de um ensaio de fadiga com a frequência de carregamento, levando em consideração a distribuição estatística dos ensaios de fadiga e das propriedades mecânicas do concreto. O modelo foi validado pelos resultados experimentais. Foi comprovado que a ruptura é probabilística em termos do número de ciclos N ou da taxa de deformação específica secundária, e que existe uma relação direta entre N e. Em termos práticos, o modelo permite estimar o número de ciclos até a ruptura sem chegar a romper o corpo de prova. / [en] This work presents the results of a theorical-experimental study performed in cooperation between the Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro and the Universidad de Castilla-La Mancha in Spain. The main goal was to verify the influence of the loading frequency on the compressive fatigue behavior of plain and fiber reinforced concrete FRC. The motivation comes from the intention on building wind energy generator towers with one hundred meters in height by using a high-performance concrete as a cheaper alternative material instead of steel. These towers are subjected to load and unload cycles at frequencies from 0,01 Hz to 0,3 Hz. The addition of fibers improves concrete properties such as tensile strength, reducing cracking. In the experimental study three types of concrete were produced from the same matrix: a plain concrete and two FRC, with polypropylene fibers and with steel fibers. One hundred twenty four
compressive fatigue tests were performed on cubic specimens with 100 mm in edge length, divided on twelve series: three types of concrete and four frequencies 4 Hz, 1 Hz, 0,25 Hz and 0,0625 Hz. Comparing the number of cycles to failure, it is clear that the loading frequency influences the compressive fatigue
behavior and that the addition of fibers improves fatigue performance only at the lower frequencies. The performance of the steel fibers is more efficient than the polypropylene ones. A probabilistic model was proposed to relate the fatigue parameters with the loading frequency, considering both statistical distributions of the fatigue tests and the concrete mechanical properties. There is a good agreement between the model and the experimental results. In terms of number of cycles N or strain history (through the secondary strain rate) the rupture is probabilistic, and there is a direct relation between N and. This relation provides the possibility to estimate the number of cycles to failure without breaking the
specimen.
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[en] OPTIMUM DESIGN OF CABLES IN PRESTRESSED CONCRETE BEAMS / [pt] CONTRIBUIÇÃO AO PROJETO ÓTIMO DE CABOS EM VIGAS DE CONCRETO PROTENDIDOSYLVIA REGINA MESQUITA DE ALMEIDA 30 October 2001 (has links)
[pt] O objetivo desse trabalho é apresentar uma metodologia para
obtenção do traçado ótimo de cabos aderentes em vigas de
concreto protendido, levando em consideração a variação das
perdas por atrito ao longo dos cabos. Para atingi-lo, a
formulação proposta considera os efeitos das perdas por
atrito sobre as tensões e estabelece o valor custo mínimo
da protensão como objetivo da otimização. As demais perdas
de protensão são consideradas constantes ao longo da viga,
embora a formulação proposta permita a inclusão de sua
avaliação pontual em trabalhos futuros. A opção por essa
forma de trabalho se deu por se considerar que as perdas
por atrito são as que mais influenciam o traçado do cabo.
A formulação permite também que se modele vários cabos de
protensão, procurando reproduzir melhor a situação real de
projeto.Foi implementado um sistema computacional para
otimização do traçado dos cabos,utilizando o algoritmo de
otimização LINGO. Os exemplos testados atestam a validade da
formulação proposta A formulação proposta neste trabalho
pretende ser uma ferramenta de auxílio ao projetista na
fase de anteprojeto, pois não há automatização de todo o
processo, nem são consideradas todas as situações de
projeto. Convém ressaltar que, ainda que trabalhos futuros
ampliem o conjunto das restrições do problema, aumentando o
leque das condições de projeto consideradas, a
interferência do projetista será sempre necessária e
decisiva para obtenção de um projeto eficiente. / [en] The objective of this work is to present a methodology for
cable optimization in
prestressed concrete beams, considering the variation of
the friction loss of prestress along the
cables. The proposed formulation considers the effect of
the friction loss of prestress on the
stresses and establishes the lower cost of the prestress as
the aim of the optimization. Other
losses of prestress are considered to be constant along the
cables, although the formulation
allows us to include the correct evaluation in future
works. The formulation allows to project
more than one cable, so as to reproduce better the real
project situation.
It was implemented a computational system to the cables
optimizations, using the
LINGO optimizer. The examples tested prove the validity of
the proposed formulation.
The formulation proposed in this work aim to be an
auxiliary tool to the structural
designer in the preliminary project phase because the
process is not completely automated and
it is not considered the entire project situation. It s
important to notice that even if the future
woks enlarge the problem restriction set, enlarging the set
of the project considerations; the
interference of the structural designer will be always
important and decisive to obtain an
efficient design.
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