O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um programa computacional, elaborado através do método dos elementos finitos, para análise tridimensional de situações de punção em lajes de concreto armado com e sem armadura de cisalhamento. São utilizados modelos constitutivos elasto-viscoplásticos para representar o comportamento do concreto. Para a simulação do concreto submetido a um carregamento de longa duração, empregou-se o modelo de camadas superpostas. Este modelo admite que o concreto é constituído por um número conveniente de camadas com a mesma deformação, porém características materiais diferentes. A tensão total é obtida pela soma das contribuições de cada camada. A armadura é introduzida no modelo como uma linha de material mais rígido no interior do elemento de concreto. Considera-se aderência perfeita entre o concreto e o aço. Assim, os deslocamentos ao longo das barras de aço são determinados a partir dos deslocamentos nodais dos elementos de concreto. Desta forma, a matriz de rigidez da armadura tem a mesma dimensão da matriz de rigidez do elemento de concreto, as quais são somadas para a obtenção da matriz de rigidez total Para representar o comportamento após à fissuração do concreto, é utilizado o modelo de fissuras distribuídas, onde apenas as propriedades dos materiais são modificadas e a malha de elementos finitos não necessita de atualização. Sugerem-se duas formulações para a consideração da contribuição do concreto entre fissuras e da redução na capacidade de transferência de corte devido ao aumento da abertura da fissura. Este último é incluído através de uma simplificação, que consiste em atribuir ao módulo de elasticidade transversal, correspondente ao plano fissurado, um valor reduzido. Para comprovar a validade do programa computacional desenvolvido, comparam-se os resultados numéricos com valores experimentais de ensaios realizados por Coelho (1999), Trautwein (2001) e Fusco (1988). Obtiveram-se boas aproximações para lajes com e sem armadura de cisalhamento. Desta forma, o programa computacional desenvolvido pode ser empregado para generalizar resultados experimentais em lajes cogumelo com variação na resistência do concreto, na bitola das barras de armadura, no espaçamento entre as barras e no número de camadas de armadura de cisalhamento.

Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico abrangente para análise tridimensional de estruturas de concreto armado submetidas a cargas monótonas e cíclicas, utilizando o método dos elementos finitos. O modelo constitutivo proposto para o concreto é um modelo ortotrópico que segue a teoria de elasticidade não-linear. Neste modelo, aplica-se o conceito de deformação uniaxial equivalente para determinar o comportamento triaxial do concreto, através de três curvas tensão-deformação uniaxiais equivalentes, facilitando a simulação de seu comportamento e permitindo uma boa aproximação com os resultados experimentais. O modelo descreve bem a resposta do concreto solicitado por diversos tipos de carregamentos, sendo capaz de representar o esmagamento e a fissuração do concreto. A implementação em elementos finitos está baseada na consideração de fissuras distribuídas com as fissuras girando segundo as direções de tensões principais. Para a simulação de cargas cíclicas, considera-se a curva de Popovics-Saenz modificada, introduzindo-se algumas alterações nas coordenadas da origem e do pico desta curva tensão-deformação uniaxial equivalente, quando o concreto for submetido a processos de descarga e recarga. O comportamento do aço é descrito por um modelo constitutivo uniaxial. Para modelar este comportamento quando solicitado por cargas monótonas, considera-se uma curva tensãodeformação elástica bilinear com endurecimento. Para simulação da resposta cíclica do aço, utiliza-se um modelo constitutivo não-linear. Este modelo consegue representar bem o comportamento cíclico do aço, simulando a sua resposta não-linear, após alternância de carga. Os modelos constitutivos dos materiais foram implementados em um programa computacional, que utiliza o Método dos Elementos Finitos, para estruturas de concreto armado. Este programa em Elementos Finitos utiliza elementos isoparamétricos hexaédricos lineares e quadráticos para o concreto. Para representar as barras de armadura, utilizou-se um modelo incorporado. Por fim, para comprovar a eficiência do modelo numérico proposto, realizaram-se diversas simulações numéricas com concreto simples e armado. As comparações com resultados de ensaios demonstraram uma ótima concordância das previsões do modelo numérico com os valores experimentais. / In this work, a 3D finite element model for analyses of reinforced concrete structures subjected to monotonic and cyclic loads is presented. The constitutive model proposed for the concrete is an orthotropic model that follows the nonlinear elasticity theory. In this model, the concept of equivalent uniaxial strain is applied for determination of the triaxial behavior of the concrete through three equivalent uniaxial stress-strain curves, which makes it easier to simulate the concrete’s behavior and allows a good approximation with experimental results. The model describes well the response of concrete when subjected to several loading types, being capable of representing crushing and cracking of concrete. The implementation in finite elements is based upon the consideration of smeared cracks with them rotating according to principal stresses’ directions. For simulation of the concrete’s behavior under cyclic loads, the modified Popovics-Saenz curve has been considered, with some changes in the coordinates of the origin and of the peak of this equivalent uniaxial stress-strain curve, when the concrete is subjected to unloading and reloading processes. For simulation of the cyclic response of the steel, a nonlinear constitutive model is used. This model can well represent the cyclic behavior of the steel, simulating its nonlinear response after load reversals. The computational code uses linear and quadratic isoparametric hexahedral finite elements for the concrete. To represent the reinforcing bars, an embedded model is used. Finally, to validate the efficiency of the proposed model, several numerical simulations are carried out in plain and reinforced concrete. The comparisons made with test results show an excellent agreement between the model predictions and experimental data.

Neste trabalho, para cada manifestação típica de fissuras em concreto armado, são apresentadas as possíveis causas e origens, os fenômenos intervenientes e seus mecanismos de ocorrência. É feita uma abordagem a respeito das consequências e efeitos da fissuração nas estruturas de concreto quanto à durabilidade, deformabilidade, estética e perda de estanqueidade. Apresenta-se uma aplicação prática a casos reais atendidos pela Fundação de Ciência e Tecnologia - CIENTEC, obtendo-se dados, tanto quantitativos como qualitativos, a respeito da incidência dos diferentes tipos de problemas ocorridos no estado do Rio Grande do Sul, no período de 1977 a 1986. Por fim, propõem-se medidas preventivas e corretivas adequadas a cada caso anteriormente discutido. / For every typical kind of cracking in reinforced concrete, are presented the probable causes and origins, the related phenomena and their mechanisms of occurences. An approach is made about the consequences and effects of cracking in concrete structures regarding durability, deformability, aesthetics and loss of watertightness. It is presented an actual application to real cases upon which CIENTEC (Fundação de Ciência e Tecnologia) has worked, resulting in data, qualitative and quantitative, about the incidence of different kinds of problems that have occured in Rio Grande do Sul from 1977 to 1986. ln the end, preventive and corrective actions are proposed for each case formely discussed about.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-06-28T14:49:43Z No. of bitstreams: 1 2017_SheillaPereiraVieira.pdf: 4155953 bytes, checksum: d48230906d3702a928dd623f86880c8e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-04T19:19:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_SheillaPereiraVieira.pdf: 4155953 bytes, checksum: d48230906d3702a928dd623f86880c8e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-04T19:19:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_SheillaPereiraVieira.pdf: 4155953 bytes, checksum: d48230906d3702a928dd623f86880c8e (MD5) Previous issue date: 2017-08-04 / O setor da construção civil é um dos principais responsáveis pela poluição do meio ambiente, devido os processos de fabricação e transporte de materiais. O concreto autoadensável (CAA) apresenta várias vantagens que podem minimizar alguns impactos ambientais, como a capacidade de fluir sob as fôrmas e envolver as armações, sem a necessidade de vibração, o que economiza o uso de energia, e a inclusão de diversos tipos de materiais de origem naturais ou resíduos em sua dosagem. Assim, verificou-se a necessidade do estudo de diferentes tipos de adições minerais para composição do CAA, de acordo com a disponibilidade da região e de forma a melhorar a técnica de produção e as propriedades no estado fresco e endurecido do concreto, diminuindo o consumo de cimento Portland. Esta pesquisa avaliou a viabilidade técnica da produção de CAA, com o uso de cinco diferentes tipos de adições minerais: fíler calcário, resíduo de marmoraria, rocha fosfática, estéril de fosfato e cinza de eucalipto, em quatro teores de substituição ao cimento Portland. Foram comparadas as propriedades no estado fresco de autoadensabilidade, pelos ensaios de índice de estabilidade visual, espalhamento, tempo de escoamento, habilidade passante, viscosidade plástica e resistência à segregação, conforme a ABNT NBR 15823-1 (2010) e determinado o teor de ar. No estado endurecido, foram avaliadas as resistências mecânicas do CAA pelos ensaios de compressão, tração por compressão diametral e módulo de elasticidade e características físicas, pelos ensaios da massa específica, absorção de água e índice de vazios. Após avaliação dos resultados obtidos, concluiu-se que o uso de fíler calcário, resíduo de marmoraria e rocha fosfática como adições minerais na produção de CAA, em substituição ao cimento, nos teores de 10 %, 20 %, 30 % e 40 %, apresentou viabilidade técnica e sustentável. Os concretos produzidos atenderam tanto as propriedades de autoadensabilidade, resistência mecânica e características físicas, quanto contribuíram com o meio ambiente ao utilizar resíduos industriais e adições minerais disponíveis localmente. A utilização de estéril de fosfato e cinza de eucalipto, no teor de 10 % de substituição ao cimento, demonstrou melhoria das propriedades mecânicas dos concretos, porém não atenderam os critérios de autoadensabilidade recomendados pela ABNT NBR 15823-1 (2010). / The civil construction sector is one of the main responsible for environmental pollution, due to the processes of manufacture and transportation of materials. The self-compacting concrete (SCC) has several advantages that can minimize some environmental impacts, such as the ability to flow under the forms and wrap around the frames, without the need for vibration, which saves energy. Another advantage is the inclusion of various types of materials of natural origin or waste in their dosage. Therefore, it was verified the necessity to study the composition of the SCC with different types of mineral additions, available locally, in order to improve the production technique, the properties on the fresh and hardened state of the concrete, and reducing the consumption of Portland cement. This research evaluated the technical feasibility of SCC production with the use of five different types of mineral additions: limestone filler, marble residue, phosphate rock, sterile phosphate and eucalyptus ash, in four Portland cement substitution. The self-compacting properties in the fresh state of the concrete were compared by visual stability índex, slump-flow, T500 time, passing abitiy, plastic viscosity and segregation resistance, according to ABNT NBR 15823-1 (2010) and determination of the air content. In the hardened state, the mechanical resistance of the SCC were evaluated by tests of compression strength, diametral compression traction and static modulus of elasticity. The physical characteristics were evaluated by tests of the specific mass, water absorption and voids index. After the evaluation of the obtained results, it was concluded that the use of limestone filler, marble residue and phosphate rock presented technical and sustainable viability as mineral additions in the production of SCC, in substitution of cement, with contents of 10 %, 20 %, 30 % and 40 %. The produced concretes achieved the properties of self compactability, mechanical strength and physical characteristics, and also contributed to the environment by using industrial waste and mineral additions locally available. The use of sterile phosphate and ash boiler in the 10% substitution content of the cement, showed improvement of the mechanical properties of the concretes, but did not reach the self-compacting criteria recommended by ABNT NBR 15823-1 (2010).

O objetivo deste trabalho é desenvolver um programa computacional, baseado no método dos elementos finitos, para simular situações de reforço e recuperação de peças de concreto armado. A linguagem Matlab é a ferramenta utilizada para a elaboração do programa. É uma linguagem de alta performance para computação técnica. Integra computação, visualização e programação em um fácil ambiente para uso, onde problemas e soluções são expressos em familiar notação matemática. A característica principal deste programa é de permitir alterações na modelagem numérica durante a análise do problema, podendo-se retirar ou acrescentar elementos da estrutura, aumentar ou diminuir rigidezes, alterar materiais, etc, viabilizando-se, assim, uma avaliação das diversas etapas ou hipóteses dos procedimentos de recuperação ou reforço de estruturas. O programa permite a mudança de vinculações do elemento estrutural, durante a análise. Além disto, é permitido não só incrementos de forças como incrementos de deslocamentos impostos à estrutura. O programa computacional utiliza duas etapas distintas, baseadas em um modelo elasto-viscoplástico. Na primeira etapa, faz-se a determinação da resposta da estrutura ao longo do tempo. Considera-se, nesta etapa, que o material possui comportamento viscoelástico. Na segunda, busca-se determinar a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com comportamento elastoplástico Para melhor representar o comportamento do concreto, quando submetido a carregamento de longa duração, utilizou-se um modelo de camadas superpostas. A armadura é introduzida no modelo como uma linha de material mais rígido dentro do elemento de concreto. Considera-se aderência perfeita entre o concreto e o aço. Assim, os deslocamentos ao longo das barras de aço são determinados a partir dos deslocamentos nodais dos elementos de concreto. Para verificar a precisão do programa computacional desenvolvido, comparam-se os resultados numéricos com resultados experimentais, cujos ensaios foram realizados no Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, e no Laboratório de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos- USP. Nessas comparações, obtiveram-se ótimas aproximações entre os resultados numéricos e experimentais.

Neste trabalho é dado ênfase à inclusão das incertezas na avaliação do comportamento estrutural, objetivando uma melhor representação das características do sistema e uma quantificação do significado destas incertezas no projeto. São feitas comparações entre as técnicas clássicas existentes de análise de confiabilidade, tais como FORM, Simulação Direta Monte Carlo (MC) e Simulação Monte Carlo com Amostragem por Importância Adaptativa (MCIS), e os métodos aproximados da Superfície de Resposta( RS) e de Redes Neurais Artificiais(ANN). Quando possível, as comparações são feitas salientando- se as vantagens e inconvenientes do uso de uma ou de outra técnica em problemas com complexidades crescentes. São analisadas desde formulações com funções de estado limite explícitas até formulações implícitas com variabilidade espacial de carregamento e propriedades dos materiais, incluindo campos estocásticos. É tratado, em especial, o problema da análise da confiabilidade de estruturas de concreto armado incluindo o efeito da variabilidade espacial de suas propriedades. Para tanto é proposto um modelo de elementos finitos para a representação do concreto armado que incorpora as principais características observadas neste material. Também foi desenvolvido um modelo para a geração de campos estocásticos multidimensionais não Gaussianos para as propriedades do material e que é independente da malha de elementos finitos, assim como implementadas técnicas para aceleração das avaliações estruturais presentes em qualquer das técnicas empregadas. Para o tratamento da confiabilidade através da técnica da Superfície de Resposta, o algoritmo desenvolvido por Rajashekhar et al(1993) foi implementado. Já para o tratamento através de Redes Neurais Artificias, foram desenvolvidos alguns códigos para a simulação de redes percéptron multicamada e redes com função de base radial e então implementados no algoritmo de avaliação de confiabilidade desenvolvido por Shao et al(1997). Em geral, observou-se que as técnicas de simulação tem desempenho bastante baixo em problemas mais complexos, sobressaindo-se a técnica de primeira ordem FORM e as técnicas aproximadas da Superfície de Resposta e de Redes Neurais Artificiais, embora com precisão prejudicada devido às aproximações presentes. / In this work special emphasis is given to uncertainties in the evaluation of the structural behavior, looking for a better representation of the system characteristics and quantification of the significance of these uncertainties in the design. It is confronted some existing classical reliability analysis techniques, such as the First Order Reliability Method (FORM), Direct Monte Carlo Simulation (MC) and Monte Carlo Simulation with Adaptive Importance Sampling (MCIS), and approximated techniques such as Response Surface (RS) and Artificial Neural Networks (ANN). It is highlighted, when possible, the advantages and shortcoming in applying these techniques in problems with increasing complexity. Problems with some explicit and implicit limit state functions formulations with material and load spatial variability, including stochastic fields, are analyzed. The reliability analysis of reinforced concrete structure problems is specially considered taking into account the spatial variability of the material properties. A finite element algorithm is proposed to model its main characteristics. It is developed a multidimensional non-Gaussian stochastic field generation model (independent of the finite element mesh). Some techniques to accelerate the structural evaluation, performed by any of the methods mentioned previously, are also implemented. The reliability analysis by the Response Surface technique is performed with the algorithm implemented by Rajashekhar et al (1993). The reliability analysis is also accomplished with Shao’s et al(1997) algorithm, which is implemented together with computer codes for neural network simulation with multilayer perceptrons and radial basis functions. It was observed that the direct simulation techniques have a low performance in complex problems. FORM, Response Surface and Neural Networks techniques are outstanding techniques, despite the loss of accuracy due to approximations characterizing these methods.

Neste trabalho, apresenta-se um programa de computador criado para automatizar os procedimentos para a verificação à fadiga de seções de concreto armado, submetidas a solicitações normais, conforme as recomendações do Projeto de revisão da NBR 6118/2001 (Texto conclusivo). o programa calcula as tensões e as variações de tensões, necessárias para as verificações, no regime elástico (estádio 11),qualquer que seja a solicitação (reta ou desviada) e qualquer que seja a seção transversal da barra (suposta poligonal). Este programa tem grande utilidade prática na verificação de lajes, vigas e pilares de concreto armado. Devido à sua simplicidade e à quantidade de conhecimentos básicos, de cálculo diferencial e integral, cálculo numérico, geometria das massas, resistência dos materiais e concreto armado, envolvidos no seu desenvolvimento, pode ser usado também para fins didáticos.

A durabilidade das estruturas de concreto armado tem sido motivo de grande interesse nas pesquisas em construção civil, nos últimos anos. Dentre os problemas que mais afetam a durabilidade dessas estruturas, está a corrosão de armaduras. O concreto que envolve o aço, proporciona-lhe uma barreira física, através do cobrimento, e uma proteção química, gerada pela elevada alcalinidade do concreto, formando uma película passivadora em torno do aço. Uma das formas de romper essa película passivadora, é através da diminuição da alcalinidade do concreto, por reações físico-químicas entre o dióxido de carbono (CO2) da atmosfera, com os produtos da hidratação do cimento, caracterizando a carbonatação. Esse fenômeno em si, não é prejudicial ao concreto armado, mas propicia condições para a corrosão da armadura. Em função do tempo que as estruturas levam para carbonatarem naturalmente, são utilizados ensaios acelerados para conhecer seu comportamento. Esses ensaios não são padronizados, o que muitas vezes dificulta, e até mesmo impede a comparação entre as diversas pesquisas. Nesse sentido, esse trabalho faz uma análise comparativa de alguns procedimentos e fatores envolvidos nos ensaios de carbonatação acelerada. Para tanto, foram empregadas argamassas, que foram preparadas com dois tempos de cura submersa (7 e 28 dias), dois tipos de cimento (CPI-S e CPIV), três relações água/cimento (0,40, 0,55 e 0,70), dois tipos de secagem (em sala climatizada e em estufa, pelas recomendações da RILEM), dois tempos de secagem (o mesmo período para todas as amostras, e diferentes períodos para cada traço) e, dois percentuais de dióxido de carbono (6% e câmara saturada de CO2). Os resultados da análise estatística, indicaram que os fatores mais significativos foram o percentual de CO2 e a relação água/cimento As amostras carbonatadas em câmara saturada de CO2 apresentaram um comportamento distinto daquelas carbonatadas a 6%, além de atingirem profundidades de carbonatação inferiores. A secagem que segue as recomendações da RILEM, propiciou condições para profundidades de carbonatação maiores. O tipo de cimento e o tipo de secagem apresentaram uma significância intermediária na profundidade de carbonatação, quando comparados aos demais fatores. O tempo de cura submersa e o tempo de secagem, influenciaram muito pouco na carbonatação.

A umidade constitui-se em uma das principais manifestações patológicas que afligem os usuários de edificações. Procura-se, neste trabalho, abordar as diversas características dos materiais, bem como, os fenômenos e propriedades físicas que agem no sentido de propiciar a penetração de umidade nas alvenarias. Neste trabalho, analisa-se o desempenho de alvenarias compostas por unidades de blocos cerâmicos e blocos de concreto, quanto à penetração de umidade. São apresentados métodos de ensaios concebidos para avaliação da estanqueidade em paredes e, dentre estes, três métodos de ensaio usualmente utilizados pelo meio técnico são empregados na análise da capacidade estanque, no sentido de se proceder a um estudo comparativo do desempenho das alvenarias de blocos cerâmicos e de concreto, com e sem revestimento.

Aduelas protendidas externamente utilizadas em pontes contrastam com as clássicas construções monolíticas, consistindo de “pequenos” segmentos pré-moldados protendidos por cordoalhas externas. Há muitas vantagens na utilização deste tipo de composição, como rapidez e versatilidade na construção, alto controle de qualidade e economia. No presente trabalho, discute-se uma formulação, baseada no método dos elementos finitos, para simular o comportamento de estruturas compostas por aduelas externamente protendidas. Esta formulação permite tanto a análise de situações de serviço, onde as seções permanecem completamente comprimidas, como também de situações últimas, onde se considera a abertura das juntas e a transferência de esforços através das mesmas. O modelo computacional utiliza dois procedimentos distintos, baseados em um modelo elasto-viscoplástico. No primeiro, determina-se a resposta da estrutura ao longo do tempo, considerando-se, nesta etapa, que o material possui comportamento viscoelástico. No segundo, busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplástico. As juntas entre as aduelas são representadas através de elementos de contato unidimensionais. Os nós de cada elemento de contato coincidem com os nós do elemento de concreto que a ele foi associado.Um modelo de camadas superpostas é utilizado para representar o comportamento viscoelástico do concreto e da armadura protendida Para representar o concreto fissurado, utiliza-se um modelo de fissuras distribuídas, que leva em conta a contribuição do concreto entre fissuras. A armadura passiva é introduzida na análise através de um modelo incorporado e a armadura de protensão não aderente é disposta em elementos fictícios, paralelos aos elementos reais da estrutura. Para verificar a adequação do modelo computacional, compararam-se resultados numéricos com valores experimentais disponíveis na literatura.