São descritas as recomendações da Norma Brasileira NBR-6118/1978 e do Código Modelo do Comité Euro-internacional du Béton CEB-1990 para a verificação da estabilidade de pilares esbeltos de concreto armado com seção variável submetidos à flexão normal composta, empregando-se a teoria do método geral. Para a obtenção dos momentos de segunda ordem são descritos os métodos de Engesser-Vianello e da integração numérica das curvaturas das seções transversais ao longo do pilar. Para a determinação do momento fletor absorvido pelas seções em função da curvatura proveniente da flexão do pilar sob a ação de uma força normal, desenvolvem-se as expressões para seções retangulares e circulares (cheias e vazadas) com base nas relações de tensão-deformação dos materiais segundo a norma e o código supracitados. Apresenta-se também um programa para microcomputador, elaborado em linguagem PASCAL, destinado à verificação da estabilidade de pilares com opção de adoção dos critérios da NBR-6118/1978 ou do CEB-1190. Não foram abordados os efeitos decorrentes de vibrações, fazendo-se apenas a descrição dos métodos de consideração dos efeitos decorrentes da deformação lenta. / The recommendations of Brazilian Code NBR-6118/1978 and Comité Euro-Internacional du Béton Model Code CEB-1990 are described, for stability verification of concrete slender columns with variable cross sections, subjected to axial load and bending moment, using the exact method. To obtain the second order bending moments, the Engesser-Vianello method and the numeric integration of the cross section curvatures along the longitudinal axial of column method are described. To obtain of bending moment supported by the cross sections due to curvature resultant of the column flexure under axialload, expressions for rectangular and circular (full and hollow) cross sections are developed, using stress-strain relations for materials proposed by model codes above mentioned. It\'s also presented a software written in PASCAL language for microcomputer and destined to column stability verification, with option to adopt the NBR-6118/1978 or CEB-1990 model code recommendations. Effects due to vibrations were nor included. Methods to take in account creep effects were described.

Estudos experimentais realizados por alguns autores abordaram os mecanismos de deformação nas gipsitas, tais como o fluxo plástico e a dissolução por pressão. Ainda assim, é pequeno o conhecimento do comportamento mecânico das rochas de gipso. Nesta tese foram estudados os mecanismos de deformação lenta em gipsitas bandadas da Formação Santana da Chapada de Araripe com uso da técnica de emissão acústica. Adotou-se este procedimento como técnica indireta de detecção do processo de microfissuramento, para evitar mudanças que ocorrem na microestrutura durante seu descarregamento e preparação de amostras para sua observação por técnicas diretas. Realizaram-se ensaios de fluência de curto e longo prazo numa prensa hidráulica servocontrolada MTS 815 e em conjunto modulares (torres individuais) em um laboratório de fluência especialmente equipado. Encontrou-se que o mecanismo do microfissuramento está fortemente influenciado por processos de cicatrização durante ensaios de fluência de longo prazo. Devido ao processo de cicatrização da microfissura, a fluência terciaria nunca foi alcançada, mesmo em corpos de prova carregados com até 95% da resistência à compressão uniaxial. Nesta tese outros resultados importantes foram alcançados como: identificar que o fenômeno de microfissuramento para a rocha em questão é detectado por fenômenos de emissão acústica de freqüências intermediárias (de 100 a 400 kHz) e constatar que o efeito Kaiser se manifesta neste tipo de rochas de modo inequívoco para solicitações rápidas, enquanto após ensaios de fluência de longa duração, não mais se manifesta, por causa da cicatrização. Ou seja, corpos de prova submetidos mais uma vez à compressão uniaxial após o descarregamento, voltam a apresentar eventos de emissão acústica e, conseqüentemente, a geração de novas microfissuras. Este fato somente pode ser explicado por um processo de cicatrização da microfissura durante a fluência de longo prazo. Esta cicatrização, devido a fenômenos físico-químicos, apresentou outros indícios como um aumento no módulo de elasticidade após ensaios de fluência, quando comparado aos valores antes do ensaio, e mesmo um endurecimento (aumento da resistência à compressão uniaxial) também após a fluência. Esclareceu-se também de modo inequívoco que o descarregamento provoca o progresso do microfissuramento. Além dos sinais característicos do microfissuramento, constatou-se que o módulo de elasticidade, medido nos mesmos níveis de tensão, é mais alto antes que depois do descarregamento. O decréscimo de rigidez é indício do processo de dano por microfissuramento. / Experimental studies by several authors have shown some of the key deformation mechanisms in gypsum, such as plastic flow and pressure dissolution. Even so, there is still sparse knowledge about the mechanical behavior of natural gypsum rocks. Creep mechanisms of the banded gypsum rock of Santana Formation from the Chapada do Araripe (Santana Formation) in creep tests were studied with acoustic emission technique correlating the stress levels related to microcracking to the energy release associated with these mechanisms. This procedure was adopted as an indirect technique of detection of the microcracking process, to prevent changes that occur in the microstructure during unloading and in sample preparation for its observations with direct techniques. Short and long-term creep tests were carried out in an MTS 815 servo-controlled testing system and in modular sets (single towers) in a specially equipped creep laboratory. It was found that the microcrack mechanism is strongly influenced by healing processes during long-term creep. Due to the microcrack healing process, tertiary creep was never reached, even in specimens loaded with up to 95% of the uniaxial compressive strength. In this thesis other important results were reached as: to identify that the microcracking phenomenon for the rock in question is detected by acoustic emission phenomena of intermediate frequencies (from 100 to 400 kHz) and to evidence that the Kaiser effect unequivocally manifests in this type of rock when subjected to quick loads, while after long-term creep tests, it is no longer evidenced on account of healing. In other words, the specimens subjected once again to uniaxial compression after unloading, again show acoustic emission events and therefore the generation of new microcracks. This fact can only be explained by a microcrack healing process during long-term creep. This healing, due to physical-chemical phenomena, presented other indications as an increase in the modulus of elasticity after creep tests, when compared to the values before the test, and even a hardening (increase of the uniaxial compressive strength) also after the creep. It was also clarified in unequivocal way that the unloading provokes microcracking progress. In addition to the microcracking characteristic indications, it was found that the modulus of elasticity, when measured at the same stress levels, is higher before unloading than after the unloading. The stiffness decrease is indication of the microcracking damage process.

São descritas as recomendações da Norma Brasileira NBR-6118/1978 e do Código Modelo do Comité Euro-internacional du Béton CEB-1990 para a verificação da estabilidade de pilares esbeltos de concreto armado com seção variável submetidos à flexão normal composta, empregando-se a teoria do método geral. Para a obtenção dos momentos de segunda ordem são descritos os métodos de Engesser-Vianello e da integração numérica das curvaturas das seções transversais ao longo do pilar. Para a determinação do momento fletor absorvido pelas seções em função da curvatura proveniente da flexão do pilar sob a ação de uma força normal, desenvolvem-se as expressões para seções retangulares e circulares (cheias e vazadas) com base nas relações de tensão-deformação dos materiais segundo a norma e o código supracitados. Apresenta-se também um programa para microcomputador, elaborado em linguagem PASCAL, destinado à verificação da estabilidade de pilares com opção de adoção dos critérios da NBR-6118/1978 ou do CEB-1190. Não foram abordados os efeitos decorrentes de vibrações, fazendo-se apenas a descrição dos métodos de consideração dos efeitos decorrentes da deformação lenta. / The recommendations of Brazilian Code NBR-6118/1978 and Comité Euro-Internacional du Béton Model Code CEB-1990 are described, for stability verification of concrete slender columns with variable cross sections, subjected to axial load and bending moment, using the exact method. To obtain the second order bending moments, the Engesser-Vianello method and the numeric integration of the cross section curvatures along the longitudinal axial of column method are described. To obtain of bending moment supported by the cross sections due to curvature resultant of the column flexure under axialload, expressions for rectangular and circular (full and hollow) cross sections are developed, using stress-strain relations for materials proposed by model codes above mentioned. It\'s also presented a software written in PASCAL language for microcomputer and destined to column stability verification, with option to adopt the NBR-6118/1978 or CEB-1990 model code recommendations. Effects due to vibrations were nor included. Methods to take in account creep effects were described.

Estudos experimentais realizados por alguns autores abordaram os mecanismos de deformação nas gipsitas, tais como o fluxo plástico e a dissolução por pressão. Ainda assim, é pequeno o conhecimento do comportamento mecânico das rochas de gipso. Nesta tese foram estudados os mecanismos de deformação lenta em gipsitas bandadas da Formação Santana da Chapada de Araripe com uso da técnica de emissão acústica. Adotou-se este procedimento como técnica indireta de detecção do processo de microfissuramento, para evitar mudanças que ocorrem na microestrutura durante seu descarregamento e preparação de amostras para sua observação por técnicas diretas. Realizaram-se ensaios de fluência de curto e longo prazo numa prensa hidráulica servocontrolada MTS 815 e em conjunto modulares (torres individuais) em um laboratório de fluência especialmente equipado. Encontrou-se que o mecanismo do microfissuramento está fortemente influenciado por processos de cicatrização durante ensaios de fluência de longo prazo. Devido ao processo de cicatrização da microfissura, a fluência terciaria nunca foi alcançada, mesmo em corpos de prova carregados com até 95% da resistência à compressão uniaxial. Nesta tese outros resultados importantes foram alcançados como: identificar que o fenômeno de microfissuramento para a rocha em questão é detectado por fenômenos de emissão acústica de freqüências intermediárias (de 100 a 400 kHz) e constatar que o efeito Kaiser se manifesta neste tipo de rochas de modo inequívoco para solicitações rápidas, enquanto após ensaios de fluência de longa duração, não mais se manifesta, por causa da cicatrização. Ou seja, corpos de prova submetidos mais uma vez à compressão uniaxial após o descarregamento, voltam a apresentar eventos de emissão acústica e, conseqüentemente, a geração de novas microfissuras. Este fato somente pode ser explicado por um processo de cicatrização da microfissura durante a fluência de longo prazo. Esta cicatrização, devido a fenômenos físico-químicos, apresentou outros indícios como um aumento no módulo de elasticidade após ensaios de fluência, quando comparado aos valores antes do ensaio, e mesmo um endurecimento (aumento da resistência à compressão uniaxial) também após a fluência. Esclareceu-se também de modo inequívoco que o descarregamento provoca o progresso do microfissuramento. Além dos sinais característicos do microfissuramento, constatou-se que o módulo de elasticidade, medido nos mesmos níveis de tensão, é mais alto antes que depois do descarregamento. O decréscimo de rigidez é indício do processo de dano por microfissuramento. / Experimental studies by several authors have shown some of the key deformation mechanisms in gypsum, such as plastic flow and pressure dissolution. Even so, there is still sparse knowledge about the mechanical behavior of natural gypsum rocks. Creep mechanisms of the banded gypsum rock of Santana Formation from the Chapada do Araripe (Santana Formation) in creep tests were studied with acoustic emission technique correlating the stress levels related to microcracking to the energy release associated with these mechanisms. This procedure was adopted as an indirect technique of detection of the microcracking process, to prevent changes that occur in the microstructure during unloading and in sample preparation for its observations with direct techniques. Short and long-term creep tests were carried out in an MTS 815 servo-controlled testing system and in modular sets (single towers) in a specially equipped creep laboratory. It was found that the microcrack mechanism is strongly influenced by healing processes during long-term creep. Due to the microcrack healing process, tertiary creep was never reached, even in specimens loaded with up to 95% of the uniaxial compressive strength. In this thesis other important results were reached as: to identify that the microcracking phenomenon for the rock in question is detected by acoustic emission phenomena of intermediate frequencies (from 100 to 400 kHz) and to evidence that the Kaiser effect unequivocally manifests in this type of rock when subjected to quick loads, while after long-term creep tests, it is no longer evidenced on account of healing. In other words, the specimens subjected once again to uniaxial compression after unloading, again show acoustic emission events and therefore the generation of new microcracks. This fact can only be explained by a microcrack healing process during long-term creep. This healing, due to physical-chemical phenomena, presented other indications as an increase in the modulus of elasticity after creep tests, when compared to the values before the test, and even a hardening (increase of the uniaxial compressive strength) also after the creep. It was also clarified in unequivocal way that the unloading provokes microcracking progress. In addition to the microcracking characteristic indications, it was found that the modulus of elasticity, when measured at the same stress levels, is higher before unloading than after the unloading. The stiffness decrease is indication of the microcracking damage process.

A presente tese tem por objetivo contribuir para o conhecimento do comportamento dependente do tempo das rochas de anidrita e gipso. O maior interesse é fornecer argumentos convincentes sobre os mecanismos físicos responsáveis pelas deformações lentas observadas em algumas escavações subterrâneas realizadas em maciços dessas rochas na Europa, aspecto este que hoje está bastante confuso e escassamente estudado. A hipótese central desta pesquisa é que o comportamento dependente do tempo das rochas de anidrita e gipso deve-se parcial e/ou totalmente às propriedades reológicas (fluência) e não exclusivamente a expansão decorrente da transformação anidrita – gipso como a maioria dos autores sustenta. Este problema será analisado a partir de uma perspectiva experimental através de ensaios específicos. Os ensaios de expansão axial livre em rochas de anidrita permitiram concluir que quando submersas em água destilada, experimentam diminuição de volume por dissolução. Já as amostras de anidrita em contato com solução saturada em 'CA'SO IND.4' mostram uma relação não linear entre deformação axial e o tempo indicando uma taxa de expansão que decresce com o tempo. As taxas de expansão axial variam entre 0,3 e 2,4%/ano. A novidade é que esta expansão se deve à deposição de uma camada contínua formada por neocristais de gipso e não a expansão por hidratação da anidrita como acontece com os argilominerais. O mecanismo de transformação consiste na dissolução da anidrita e posterior precipitação do gipso em condições de sobre-saturação da solução. A transformação mineralógica acontece, na natureza, em condições propícias de temperatura e saturação da solução com íons 'CA POT.2+' e 'SO IND.4'POT.2-'. Propõe-se uma teoria alternativa sobre deformações lentas de maciços sulfáticos baseada na força de cristalização decorrente da deposição de cristais de gipso nas juntas do maciço rochoso. Propõe-se utilizar as formulações termodinâmicas propostas para expansão de concretos por crescimento de etringita e gipso. Os ensaios de fluência uniaxial sob compressão axial constante mostram que ambos os tipos de rochas sulfáticas apresentam comportamentos elasto-visco-plásticos e taxas de deformação axial e lateral da ordem de '10 POT.-12' a '10 POT.-10' 'S POT.-1'. A deflagração da fluência secundária acontece sob tensões de 4 – 6 MPa para gipsitas e de 25 – 40 MPa para anidritas. As análises sobre os possíveis mecanismos de deformação por fluência foram inconsistentes e nenhuma conclusão definitiva foi atingida. Aparentemente a baixas tensões atuariam mecanismos de difusão e dissolução por pressão. A tensões intermediárias dominariam mecanismos de deslocamentos intra e intercristalinos e a altas tensões as rochas deformariam por propagação de microfissuramento. Ensaios de fluência acoplados a sensores de emissão acústica mostram a manifestação de eventos microssísmicos que usualmente se atribuem à propagação de microfraturas mas que podem dever-se a outros mecanismos. Tanto as taxas de expansão axial como de fluência são compatíveis com as taxas de convergência medidas em algumas obras subterrâneas escavadas em maciços sulfáticos, verificando a hipótese central da pesquisa / The purpose of this thesis is to contribute for the knowledge of time-dependent behavior of sulfatic rocks of anhydrite and gypsum. Emphasis is given to provide straightforward arguments about physical mechanisms responsible for creep observed in some underground excavations in those rocks in Europe. Explanation for this phenomena is not clear yet and studies about them are still scarce. The backbone idea behind this research is that the time-dependent behavior of anhydrite and gypsum is totally or at least partially due to rheological properties, and not exclusively due to swelling resulting from the anhydritegypsum transformation. This problem was investigated experimentally with specific tests. Free swelling tests on anhydrite led to the conclusion that when immersed into distilled water, volume decrease due to dissolution is observed. Anhydrite samples in contact with a saturated solution of 'CA'SO IND.4' present a nonlinear relationship between axial strain and time, indicating swelling rate decreasing with time. Axial swelling rates vary between 0,3% and 2,4%/year. The new concept is that this swelling is due to the deposition of a continuous layer of gypsum composed by gypsum neo-crystals, and not due to hydration swelling of anhydrite, a usual with clay minerals. The transformation mechanism consists of anhydrite dissolution and later precipitation of gypsum under over-saturation condition of the solution. The mineralogical transformation takes place in nature under favorable conditions of temperature and solution saturation with 'CA POT.2+' and 'SO IND.4'POT.2-' ions. An alternative theory is proposed about creep of sulfatic rock masses based on crystallization forces resulting from the deposition of gypsum crystals in the rock masses joints. The use of thermodynamic formulations is proposed for concrete swelling due to the growth of ettringite and gypsum. Uniaxial compression creep tests show that both types of sulfatic rocks present elasto-visco-plastic behavior and axial and lateral strain rates of the order of '10 POT.-12' to '10 POT.-10' 'S POT.-1'. Triggering of secondary creep takes places under stresses of the order of 4 – 6 MPa for gypsum and 25 – 40 MPa for anhydrite. The analyses about the possible creep mechanisms were not consistent and no definite conclusion has been reached get. Apparently under low stresses diffusion and pressure dissolution mechanism dominate. Under intermediate stresses, intra- and inter crystalline displacement mechanisms seem to dominate, and under high stresses rock deform due to microcrack propagation. Creep tests monitored with acoustic emission devices show the occurrence of microseismic events attributed to microcrack propagation. Both axial swelling and creep rock are compatible with convergence rocks measured in some underground works excavated in sulfatic rock masses, following the central idea of this thesis

A presente tese tem por objetivo contribuir para o conhecimento do comportamento dependente do tempo das rochas de anidrita e gipso. O maior interesse é fornecer argumentos convincentes sobre os mecanismos físicos responsáveis pelas deformações lentas observadas em algumas escavações subterrâneas realizadas em maciços dessas rochas na Europa, aspecto este que hoje está bastante confuso e escassamente estudado. A hipótese central desta pesquisa é que o comportamento dependente do tempo das rochas de anidrita e gipso deve-se parcial e/ou totalmente às propriedades reológicas (fluência) e não exclusivamente a expansão decorrente da transformação anidrita – gipso como a maioria dos autores sustenta. Este problema será analisado a partir de uma perspectiva experimental através de ensaios específicos. Os ensaios de expansão axial livre em rochas de anidrita permitiram concluir que quando submersas em água destilada, experimentam diminuição de volume por dissolução. Já as amostras de anidrita em contato com solução saturada em 'CA'SO IND.4' mostram uma relação não linear entre deformação axial e o tempo indicando uma taxa de expansão que decresce com o tempo. As taxas de expansão axial variam entre 0,3 e 2,4%/ano. A novidade é que esta expansão se deve à deposição de uma camada contínua formada por neocristais de gipso e não a expansão por hidratação da anidrita como acontece com os argilominerais. O mecanismo de transformação consiste na dissolução da anidrita e posterior precipitação do gipso em condições de sobre-saturação da solução. A transformação mineralógica acontece, na natureza, em condições propícias de temperatura e saturação da solução com íons 'CA POT.2+' e 'SO IND.4'POT.2-'. Propõe-se uma teoria alternativa sobre deformações lentas de maciços sulfáticos baseada na força de cristalização decorrente da deposição de cristais de gipso nas juntas do maciço rochoso. Propõe-se utilizar as formulações termodinâmicas propostas para expansão de concretos por crescimento de etringita e gipso. Os ensaios de fluência uniaxial sob compressão axial constante mostram que ambos os tipos de rochas sulfáticas apresentam comportamentos elasto-visco-plásticos e taxas de deformação axial e lateral da ordem de '10 POT.-12' a '10 POT.-10' 'S POT.-1'. A deflagração da fluência secundária acontece sob tensões de 4 – 6 MPa para gipsitas e de 25 – 40 MPa para anidritas. As análises sobre os possíveis mecanismos de deformação por fluência foram inconsistentes e nenhuma conclusão definitiva foi atingida. Aparentemente a baixas tensões atuariam mecanismos de difusão e dissolução por pressão. A tensões intermediárias dominariam mecanismos de deslocamentos intra e intercristalinos e a altas tensões as rochas deformariam por propagação de microfissuramento. Ensaios de fluência acoplados a sensores de emissão acústica mostram a manifestação de eventos microssísmicos que usualmente se atribuem à propagação de microfraturas mas que podem dever-se a outros mecanismos. Tanto as taxas de expansão axial como de fluência são compatíveis com as taxas de convergência medidas em algumas obras subterrâneas escavadas em maciços sulfáticos, verificando a hipótese central da pesquisa / The purpose of this thesis is to contribute for the knowledge of time-dependent behavior of sulfatic rocks of anhydrite and gypsum. Emphasis is given to provide straightforward arguments about physical mechanisms responsible for creep observed in some underground excavations in those rocks in Europe. Explanation for this phenomena is not clear yet and studies about them are still scarce. The backbone idea behind this research is that the time-dependent behavior of anhydrite and gypsum is totally or at least partially due to rheological properties, and not exclusively due to swelling resulting from the anhydritegypsum transformation. This problem was investigated experimentally with specific tests. Free swelling tests on anhydrite led to the conclusion that when immersed into distilled water, volume decrease due to dissolution is observed. Anhydrite samples in contact with a saturated solution of 'CA'SO IND.4' present a nonlinear relationship between axial strain and time, indicating swelling rate decreasing with time. Axial swelling rates vary between 0,3% and 2,4%/year. The new concept is that this swelling is due to the deposition of a continuous layer of gypsum composed by gypsum neo-crystals, and not due to hydration swelling of anhydrite, a usual with clay minerals. The transformation mechanism consists of anhydrite dissolution and later precipitation of gypsum under over-saturation condition of the solution. The mineralogical transformation takes place in nature under favorable conditions of temperature and solution saturation with 'CA POT.2+' and 'SO IND.4'POT.2-' ions. An alternative theory is proposed about creep of sulfatic rock masses based on crystallization forces resulting from the deposition of gypsum crystals in the rock masses joints. The use of thermodynamic formulations is proposed for concrete swelling due to the growth of ettringite and gypsum. Uniaxial compression creep tests show that both types of sulfatic rocks present elasto-visco-plastic behavior and axial and lateral strain rates of the order of '10 POT.-12' to '10 POT.-10' 'S POT.-1'. Triggering of secondary creep takes places under stresses of the order of 4 – 6 MPa for gypsum and 25 – 40 MPa for anhydrite. The analyses about the possible creep mechanisms were not consistent and no definite conclusion has been reached get. Apparently under low stresses diffusion and pressure dissolution mechanism dominate. Under intermediate stresses, intra- and inter crystalline displacement mechanisms seem to dominate, and under high stresses rock deform due to microcrack propagation. Creep tests monitored with acoustic emission devices show the occurrence of microseismic events attributed to microcrack propagation. Both axial swelling and creep rock are compatible with convergence rocks measured in some underground works excavated in sulfatic rock masses, following the central idea of this thesis