A durabilidade dos edifícios em concreto armado só pode ser alcançada se for atendido um conjunto de requisitos e critérios nas etapas de projeto, execução e manutenção, nas quais os materiais envolvidos precisam ser adequadamente especificados, produzidos e empregados, de acordo com as respectivas rotinas dessas etapas. Assim, o requisito genérico de proteção das armaduras de aço carbono, para a durabilidade de estruturas, é contemplado por vários critérios, desde a etapa de projeto. Esta dissertação trata dos critérios pertinentes à qualidade do concreto e visou contribuir para a evolução de procedimentos para o controle tecnológico de concretos estruturais de cimento Portland, em atmosferas marítimas e urbanas, em clima tropical, com vistas à proteção de armaduras de aço carbono. O programa experimental estudou três lotes diferentes de concretos estruturais, semelhantes quanto a especificações básicas de abatimento: 10 ± 2 cm, de fck 30 MPa e para ambiente classe III da NBR 6118 (2003). O objetivo foi caracterizar e analisar a influência de propriedades físicas do estado fresco sobre o estado endurecido de concretos, dentro da faixa de consistência citada, com ênfase nas propriedades relacionadas ao teor de ar das misturas e suas respectivas resistências à carbonatação e ao ingresso de íons cloreto. A amostragem, os ensaios no estado fresco e a moldagem dos corpos-de-prova foram realizados durante três concretagens conduzidas em duas obras de edifícios de múltiplos andares, na cidade de João Pessoa/PB. As composições e a produção dos lotes ficaram a cargo da central dosadora e fornecedora do concreto em cada obra. O lote inicial serviu para o treinamento da equipe, em campo e laboratório, com amostragem de seis caminhões. Os outros dois lotes, identificados como 1 e 2, foram caracterizados em condições bastante semelhantes, sempre pela mesma equipe, e representados pela amostragem de cinco e seis caminhões, respectivamente. As propriedades medidas no estado fresco foram: abatimento do tronco de cone pela ABNT NBR NM 67 (1998); teor de ar por método pressométrico da ABNT NBR 47 (2002); massa específica pela ABNT NBR 9833 (2008); relação água/materiais secos por analogia à ABNT NBR 9605 (1992); e compactabilidade dos concretos adensado e não adensado, por adaptação da BS EN 12350-4 (2008). Para o estudo das propriedades no estado endurecido, os corpos-de-prova eram cilíndricos, com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, e foram maturados por dois métodos adaptados do Tipo A da ASTM C 684 (1999). Certas propriedades foram ainda caracterizadas para condições normais de cura da ABNT NBR 5738 (2003). As propriedades estudadas no estado endurecido foram: resistência à compressão pela ABNT NBR 5739 (2007); resistência à tração por compressão diametral pela ABNT NBR 7222 (1994); absorção de água por capilaridade pela ABNT NBR 9779 (1995); absorção de água total e índice de vazios pela ABNT NBR 9778 (2005); resistência à carbonatação em câmara com CO2 (5%; UR 65 + 10 %; 23 + 3 °C); e resistência à penetração de cloretos e CO2, por três ciclos de um dia de molhagem e 27 dias de secagem, entre sete e 91 dias. De modo complementar, foram moldados corpos-de-prova específicos de aço e concreto, para medidas de potencial de circuito aberto, com vistas à continuidade de pesquisas sobre envelhecimento acelerado. A maioria das propriedades foram medidas por duas repetições, constando os resultados individuais em apêndices. A análise inicial dos resultados dos três lotes foi descritiva e resumiu em tabelas o valor médio, desvio padrão, valor máximo, valor mínimo, a amplitude e o coeficiente de variação de cada lote. As propriedades de cada lote também foram comparadas por análise de variância e, ao final, foram correlacionadas de modo conjunto, independentemente do lote de origem. Nesse caso, foram destacadas as melhores correlações entre propriedades, independentemente dos materiais constituintes de cada concreto. Entre as propriedades do estado fresco, destacaram-se as seguintes: a) o abatimento do tronco de cone apresentou correlação forte e inversa (r² = -0,802, para lotes 1 e 2) com resistência à compressão após um dia de cura acelerada em temperatura moderada, em método similar ao Tipo A da ASTM C 684 (1999); b) o teor de ar pelo método pressométrico apresentou correlações de razoáveis a fortes com a resistência à compressão a 28 dias (r² = -0,698, para lotes 1 e 2), com a resistência à tração por compressão diametral por cura acelerada a sete dias (r² = -0,818, para lotes 1 e 2), com a profundidade de carbonatação em câmara de CO2 (r² = 0,699, para lotes 1 e 2) e com a profundidade de penetração de cloretos por três ciclos de imersão e secagem (r² = 0,625, para lotes 1 e 2); c) as medidas de compactabilidade do concreto adensado, ainda que realizadas em condições de campo, apresentaram várias correlações moderadas com outras propriedades do estado fresco e endurecido. No estado endurecido, destacaram-se as seguintes correlações: a) r² da ordem de -0,75 para a resistência à compressão a um dia dos concretos dos lotes 1 e 2, com cura acelerada de 0/24 horas em temperatura moderada, e a profundidade de carbonatação em câmara de CO2 (5%) e a de penetração de cloretos por três ciclos de imersão e secagem, ambas analisadas a 91 dias, tendo os corpos-de-prova recebido cura inicial acelerada de 24/48 h, em temperatura moderada, seguida de imersão normal por até sete dias; b) r² de -0,682 entre a resistência à tração por compressão diametral, com cura acelerada de 24/48h em temperatura moderada seguida de cura normal por até sete dias, e a profundidade de ingresso de íons cloreto, para os três lotes submetidos aos ciclos citados; c) valores de r² entre 0,521 e - 0,561 para as correlações entre a absorção de água por capilaridade, em corpos-de-prova submetidos à cura inicial acelerada em temperatura moderada por 24/48 h e em temperatura normal por até sete dias, e a resistência à carbonatação para os lotes submetidos aos ciclos citados. Assim, esta pesquisa conclui e propõe que, além do teor de ar no estado fresco, as resistências à compressão e à tração por compressão diametral entre um e sete dias, por cura acelerada do Tipo A da ASTM C 684 (1999) ou por duração adaptada da mesma, sejam propriedades que passem a ser avaliadas em concretos, com vistas a melhorar e controlar a sua resistência a agentes agressivos. Nesta pesquisa, a microestrutura nas primeiras idades do concreto mostrou ser mais determinante da rede de conexão de poros e do transporte de agentes agressivos do que a microestrutura em idades mais avançadas de hidratação; e trabalhos futuros devem confirmar esta interpretação. Espera-se que estes resultados possam estimular novas práticas de qualificação de concretos em estudos de dosagem ou no ato do recebimento de concretos pré-misturados, especialmente em ambientes mais agressivos às armaduras, com vistas à futura evolução de procedimentos da ABNT NBR 12655 (2006). / Durability of reinforced concrete buildings can only be achieved if a set of requirements and criteria is met in the design, execution and maintenance phases, in which the materials must be properly specified, manufactured and employed, according to the respective procedures of these phases. Therefore, the general requirement of protection of carbon steel reinforcements, for structural durability, is contemplated by several criteria as early as the design phase. This thesis addresses the relevant criteria concerning concrete quality and its objective was to contribute to the evolution of technological control procedures for Portland cement structural concretes, in urban and maritime atmospheres in tropical climate, aiming at the protection of carbon steel reinforcements. The experimental program studied three different batches of structural concrete that were similar in terms of slump test basic specifications: 10 ± 2 cm, fck = 30 MPa and class III of ABNT NBR 6118 (2003) environmental classification. The goal was to characterize and analyze the influence of physical properties of fresh concrete on hardened concrete, within the previously mentioned consistency range, with emphasis on those properties related to air content of the mixtures and their respective carbonation and chloride ion penetration resistances. Sampling, fresh concrete tests and specimen molding were conducted during three cast-in-place concretes in two construction sites of multi-storey buildings in the city of João Pessoa, state of Paraíba, in Brazil. The batch plant supplying the concrete for each construction site was responsible for batch composition and production. The initial batch was used to train the team, in the field and laboratory, with a sample of six trucks. The other two batches, identified as 1 and 2, were characterized under very similar conditions, always by the same team, and the samples consisted of five and six trucks, respectively. The properties measured in fresh concrete were: slump test according to Brazilian norm ABNT NBR NM 67 (1998); air content by the pressure method of ABNT NBR 47 (2002); bulk density according to ABNT NBR 9833 (2008); water/dry material ratio by analogy with ABNT NBR 9605 (1992); and compactability of compacted and non-compacted concretes, by adaptation of BS EN 12350-4 (2008). In order to study the properties of hardened concrete, the specimens were cylindrical, measuring 10 cm in diameter and 20 cm in height, and were matured by using two methods adapted from Type A of ASTM C 684 (1999). Some properties were also characterized for normal curing conditions according to ABNT NBR 5738 (2003). The properties studied in hardened concrete were: compressive strength according to ABNT NBR 5739 (2007); splitting tensile strength as per ABNT NBR 7222 (1994); capillary water absorption according to ABNT NBR 9779 (1995); water absorption by immersion and void ratio following ABNT NBR 9778 (2005); carbonation resistance in CO2 chamber (5%; 65 + 10 % RH; 23 + 3 °C); and chloride and CO2 penetration resistance, using three one-day wet and 27-day dry cycles, between seven and 91 days. As a complement, specific steel and concrete specimens were molded to measure open circuit potential, aiming at the continuity of researches on accelerated ageing. Most properties were measured twice and the individual results are presented in appendices. Preliminary analysis of results from the three batches was descriptive and summarized in tables the mean value, standard deviation, maximum value, minimum value, amplitude and coefficient of variation for each batch. The properties of each batch were also compared using analysis of variance and, at the end, were correlated as a whole, regardless of the batch of origin. In this case, the best correlations among properties were highlighted, regardless of the materials used in each concrete. Among the properties of fresh concrete, the following are noteworthy: a) the slump test presented strong and inverse correlation (r² = -0.802, for batches 1 and 2) with compressive strength after one day of accelerated curing at moderate temperature, using a method similar to Type A of ASTM C 684 (1999); b) air content in the pressure method presented reasonable to strong correlations with compressive strength at 28 days (r² = -0.698, for batches 1 and 2), with splitting tensile strength with accelerated curing at seven days (r² = - 0.818, for batches 1 and 2), with carbonation depth in CO2 chamber (r² = 0.699, for batches 1 and 2) and with chloride penetration depth after three immersion-drying cycles (r² = 0.625, for batches 1 and 2); c) compactability measurements of compacted concrete, despite being taken in field conditions, presented several moderate correlations with other properties of fresh and hardened concrete. In hardened concrete, the following correlations should be highlighted: a) r² was -0.75 for compressive strength at one day of the concretes from batches 1 and 2, with 0/24- hour accelerated curing at moderate temperature, and carbonation depth in CO2 chamber (5%) and chloride penetration depth after three immersion-drying cycles, both analyzed at 91 days, after the specimens underwent 24/48-hour initial accelerated curing at moderate temperature, followed by normal immersion for up to seven days; b) r² was -0.682 between splitting tensile strength, with 24/48-hour accelerated curing at moderate temperature followed by normal curing for up to seven days, and chloride ion penetration depth, for the three batches submitted to the aforementioned cycles; c) r² values between 0.521 and - 0.561 for the correlations between capillary water absorption, in specimens submitted to initial accelerated curing at moderate temperature for 24/48h and at normal temperature for up to seven days, and carbonation resistance for the batches submitted to the aforementioned cycles. Therefore, this research concludes and proposes that, besides air content in fresh concrete, compressive strength and splitting tensile strength between one and seven days, using accelerated curing of Type A of ASTM C 684 (1999) or for a duration adapted from that norm, are properties that should be evaluated in concrete, with the purpose of improving and controlling resistance to aggressive agents. In this research, the microstructure of the early ages of concrete proved to be more determinant of the pore structure connection and of the transport of aggressive agents than the microstructure at later ages of hydration; and future studies should confirm this interpretation. It is expected that these results will encourage new practices for the qualification of concrete in mixture proportion studies or when ready mixed concrete is received at construction sites, especially in environments that are more aggressive to reinforcements, with a view to developing future procedures of ABNT NBR 12655 (2006).

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A corrosão das armaduras de espera na condição enterrada é um dos fatores de redução da vida útil do concreto armado devido à interação com diversos parâmetros dos materiais, solos e condições ambientais adversas. No presente trabalho buscou-se analisar o estado e evolução da corrosão em armaduras de espera em contato com o solo, presentes em blocos de fundações com idade média de 60 anos. A área de estudo está localizada dentro do complexo do CTA - Centro Tecnológico de Aeronáutica, em São José dos Campos - SP - Brasil, próximos aos edifícios da Reitoria, Aeronáutica e Mecânica, onde havia uma estrutura em concreto armado com a finalidade de servir de fundações para a construção do futuro Prédio da Ala Zero do ITA, concentrando as salas administrativas e salas de aula da Aeronáutica e Mecânica. Como material de análise dispôs-se de um conjunto de 42 blocos de fundações e 211 barras de espera com idade média de 60 anos, cuja eficiência do sistema concreto/aço encontrava-se bastante comprometida a fim de poder utilizá-la na continuidade das obras, no ano de 2008. Para tanto, como resultado das análises dos parâmetros de pH, acidez, sulfetos, óxidos de cálcio, magnésio e resistividade, observou-se que o solo não apresentava agressividade do meio aquoso ao sistema concreto/aço. Pela análise de reconstituição do traço de concreto retiradas das amostras de blocos de fundações e estacas, observou-se que a resistência característica do concreto apresentava-se em torno de 12 a 14 MPa, e por fim a análise das barras de espera apresentou uma velocidade de corrosão caracterizada como moderada a alta. As conclusões a respeito do assunto destacam-se sobre o processo de corrosão desencadeado nas barras de espera, uma vez que o solo não era caracterizado como agressivo. A aplicação do teste estatístico da ANOVA mostrou que as amostras estudadas eram equivalentes, independentes da situação de enclausuramento e em relação aos prédios existentes. Os resultados das velocidades de corrosão confirmaram a análise expedita do Comando da Aeronáutica, da impossibilidade da reutilização das fundações para o término da construção do Prédio da Ala Zero do ITA, uma vez que a estrutura encontrava-se com a vida útil comprometida. Por fim, algumas recomendações a respeito da atual normatização brasileira e do processo de dobras nas barras de espera adotado para enclausuramento das barras de espera são abordadas no presente trabalho, a fim de evitar a chamada corrosão por deformações excessivas das armaduras.

A corrosão das armaduras em estruturas de concreto é apontada como a principal causa de degradação destas estruturas promovendo uma redução da seção transversal das barras, uma redução na aderência entre as barras e o concreto que as envolve e a fissuração do elemento estrutural causada pelos produtos de corrosão. A diminuição da seção transversal das barras pode comprometer a integridade de um elemento estrutural, uma vez que há uma indicação de alterações das propriedades mecânicas das mesmas contribuindo para a redução da capacidade portante da estrutura. Mediante esta perspectiva, o presente trabalho esta pautado na análise das variações em propriedades mecânicas das armaduras pertencentes às antigas fundações da Nova Ala Zero do ITA que permaneceram enterradas por aproximadamente 60 anos. Nesta análise, foram realizados ensaios de tração em corpos de prova extraídos a partir das armaduras de espera e das armaduras presentes em um bloco de fundação disponível para estudo. Com os resultados obtidos nos ensaios, foram analisadas as variações na resistência ao escoamento, limite de resistência e alongamento final para cada corpo de prova segundo seu grau de corrosão e segundo os menores diâmetros dos mesmos. Além disso, foram determinadas as resistências efetivas dos corpos de prova segundo sua área efetiva. Os resultados mostram que o grau de corrosão não se apresentou como o principal fator que influi na redução das propriedades mecânicas das barras. Além disso, melhores correlações foram encontradas entre os menores diâmetros com o limite de resistência e o alongamento final comparadas as correlações entre o grau de corrosão com o limite de resistência e o alongamento final.

En el capítulo 1 se describen los daños producidos en estructuras elevadas tipo puentes o viaductos después de sismos de gran magnitud, tales como: Loma Prieta (1989), Northridge (1994), Kobe (1995) y Chile (2010). La descripción se concentra en el colapso de los viaductos Cypress y Hanshin en California (USA) y Kobe (Japón), respectivamente. Por esta razón y en vista que los procedimientos de diseño tradicionales basados en análisis lineales elásticos han demostrado que no garantizan la total seguridad de las estructuras se presenta el siguiente trabajo de tesis. El objetivo central es contribuir con el conocimiento de la capacidad sísmica de cuatro tramos representativos del Tramo 1 de la Línea 1 del Metro de Lima diseñados en épocas diferentes (2 estaciones y 2 módulos típicos diseñados a mediados de los años 80’s y 2010), con la aplicación del Diseño por Capacidad y el Análisis Sísmico Basado en Desempeño. Se presenta un ejemplo de aplicación de esta metodología en el diseño estructural del Puente Chilina en Arequipa, Perú para demostrar que su aplicación está siendo cada vez más difundida. En el capítulo 2 se presentan las estructuras de análisis y se explican los criterios para su selección, principalmente como función de su carga tributaria, su rigidez lateral, las condiciones geotécnicas del suelo de cimentación y su importancia. Asimismo, se detallan los tipos de análisis sísmico para el cálculo de la Demanda y Capacidad de Desplazamiento Lateral dentro del contexto del Análisis Sísmico Basado en Desempeño. El reglamento de referencia para la evaluación del desempeño sísmico de las estructuras es AASHTO, 2009, “Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design”. Este reglamento tiene validez en el Perú y constituye una versión más exigente que la utilizada para el diseño estructural de los tramos de mediados de los años 80’s. Se detallan y explican los requerimientos del reglamento indicado para la aplicación del Diseño por Capacidad y para la verificación de la ocurrencia de los mecanismos de falla que son materia de investigación del presente trabajo. Asimismo, se presentan los requerimientos normativos para la verificación del Desempeño Sísmico por Desplazamientos Laterales. Cuando se necesitan requerimientos adicionales, no indicados en el reglamento de referencia, se consideran las recomendaciones de otros reglamentos, los cuales son indicados oportunamente. En el capítulo 3 se evaluó el impacto de algunas propiedades relevantes que pueden influir en los resultados, tales como: modelos de Longitud de Rótula Plástica, Inercia Efectiva en los pilares, interacción suelo-estructura (a través de la flexibilidad del suelo y de la cimentación), y los efectos de Segundo Orden P–Δ. Se explica en detalle los elementos estructurales y los criterios de modelación de las estructuras en el programa computacional SAP 2000 Nonlinear Versión 14 del cual la Pontificia Universidad Católica del Perú tiene licencia de uso. Para el cálculo de la Demanda Sísmica, las estructuras fueron sometidas a Espectros de Respuesta de Pseudo-Aceleraciones con períodos de retorno de 100 y 1000 años que corresponden a los escenarios de Nivel Sísmico de Operación y de Contingencia o Diseño, respectivamente. La Capacidad Sísmica de los elementos estructurales que componen el viaducto elevado fue medida en función a la Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral y restringida a varios Niveles de Desempeño según el daño esperado en cada uno de ellos. Así, se distinguen los Niveles de Desempeño de Fluencia (B), Inmediatamente Operacional (IO), Resguardo de la Vida (LS), Prevención al Colapso (CP) y Colapso (C). La Curva de Capacidad fue obtenida a partir del Análisis Estático No Lineal “Pushover”, que es el análisis asociado a la importancia y Categoría de Diseño Sísmico de las estructuras. Se presentan las Respuestas de Interés Globales y Locales para ambas direcciones de análisis. El análisis de las Respuestas Locales incluyó la verificación por corte de los pilares y la inestabilidad de la cimentación por volteo y presiones ante carga sísmica para los elementos de los ejes más demandados. La Respuesta Global de las estructuras fue asociada a su Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral en la cual se verificó los requerimientos normativos. Es importante garantizar que para que se produzca el mecanismo de falla por fluencia en flexión en las regiones de rotulas plásticas no se debe producir algún otro mecanismo de falla, tales como los indicados en el párrafo anterior (falla por corte de los pilares o falla por inestabilidad de la cimentación).En el capítulo 4 se discuten los resultados obtenidos de las estructuras en su estado actual a la luz de la reglamentación vigente. Se analizó una posible propuesta de reforzamiento para garantizar la ocurrencia del mecanismo de falla por fluencia en flexión que es el propósito de este trabajo y se comparó el comportamiento sísmico entre estructuras similares. Es decir, se presenta una comparación entre las estructuras con pilares bi-columna (estaciones) y otra comparación entre las estructuras con pilares mono-columna (módulos típicos) para cuantificar el cambio en los requerimientos entre dos diseños de épocas diferentes. En el capítulo 5 las estructuras en su estado actual fueron calificadas sísmicamente como competentes o no a partir de la razón Demanda/Capacidad de Desplazamiento Lateral y a partir de la posible ocurrencia de los mecanismos de falla frágiles indicados. En las estructuras en las cuales no fue aplicable esta verificación (principalmente, y como hipótesis de partida, en las estructuras diseñadas a mediados de los años 80’s) se indica el mecanismo de falla probable sobre la base de los resultados obtenidos. Finalmente, a modo de recomendación y con validez numérica, se muestra una propuesta de reforzamiento para garantizar la competencia de las estructuras que presentan deficiencias. Además, se indican las Líneas de Investigación a futuro. / Tesis

Este trabalho apresenta métodos de dimensionamento analíticos de armaduras de compressão para chapas de concreto com malha de armadura ortogonal. É feita uma revisão bibliográfica mostrando a evolução do estudo das chapas e citando os métodos analíticos de dimensionamento propostos. Estes métodos, em geral, definem como quantificar a armadura necessária para equilibrar os esforços de tração e verificar se a compressão no concreto atende ao limite de resistência. Para os casos em que a compressão na chapa é excessiva, uma das soluções possíveis seria a adoção de armaduras que funcionam comprimidas. Entretanto, não há muita informação na literatura para dimensionamento para estas situações. Assim, é proposto um procedimento para determinação dessas armaduras que se fundamenta no método baseado nos critérios utilizados por Baumann, o qual é apresentado neste trabalho. Neste trabalho são utilizados como limites de resistência à compressão aqueles recomendados pelo CEB (1990), porém, é proposto um modelo em que este limite varia de acordo com a deformação de tração que ocorre perpendicularmente a compressão atuante. Este modelo resistente é baseado nos conceitos propostos por Vecchio e Collins (1986). / This work presents a method to design membrane concrete elements with orthogonal mesh of reinforcement which are subjected to compression stress. A literature review was carried of and it shows the evolution of membrane elements research, pointing the design analytic methods proposed. These methods, in general, define a way to quantify the reinforcement necessary to support the tension stress and verify if the compression in concrete respects the strength limit. In case which the compression in membrane is excessive, it is possible use reinforcements subject to compression. However, there is no much information in literature about how design reinforcement for these cases. Thus, this paper presents a procedure with this objective which it use the model based on Baumanns criteria as basis. In this paper, it are used as limits of strength those recommended by CEB (1990), however, it is proposed a model which this limit vary according to tension deformation which occurs perpendicular to compression. This model of strength is based on concepts proposed by Vecchio e Collins (1986).

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Materiais e Processos de Construção). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob aorientação do Prof. Doutor Joaquim da Conceição Sampaio