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

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. 2009

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Adão da Fonseca

[pt] Este trabalho tem por objetivo estudar o comportamento de lajes de concreto com fôrma permanente de bambu - LCFP - simplesmente apoiadas e submetidas à flexão. Estas lajes têm um vão de 350cm, alturas entre 11cm a 13cm e larguras de 60cm a 71cm que dependem do diâmetro dos bambus utilizados. Foram consideradas duas espécies de bambu disponíveis, Dendrocalamus giganteus e Guadua angustifolhia. Nas - LCFP - os conectores tem uma função importante. Neste estudo utilizaram-se dois tipos de conectores os quais consideram meio e diafragma inteiro do colmo de bambu. Com o objetivo de impermeabilizar o bambu e aumentar aderência entre os materiais foi utilizado o produto SIKADUR-32 GEL.Para estabelecer a eficiência dos conectores e do tratamento, realizaram-se ensaios PUSH-OUT. Com os resultados, estes foram caracterizados como flexíveis. Os ensaios de flexão foram levados a cabo até as cargas de colapso. Pela instrumentação das três lajes foram registrados e analisados os diagramas dos principais parâmetros. Os resultados foram comparados com os obtidos teoricamente. Nas análises foram estudadas as cargas criticas e as de serviço com base em critérios e metodologias recomendadas. Finalmente algumas variáveis são determinadas para estudos futuros. / [en] The main objective of this thesis is to study the behavior of bamboo permanent shutter concrete slab BPSCS subjected to four points bending test. The boundary conditions of the slabs are simply supported and have 350cm free spans, with the height between 11cm to 13cm and the widths of 60cm to 71cm respectively depending on the diameter of bamboo used. Two most commonly available bamboo species Dendrocalamus giganteus and Guadua angustifolhia are considered. In the BPSCS the connectors have an important function. In this study two types of connectors considering half and the entire diaphragm of the whole bamboo culm was used. To improve bonding between bamboo and concrete in addition to create an impermeable surface of the bamboo SIKADUR-32 GEL was applied.To establish the efficiency of the connectors and the considered treatment PUSH-OUT tests were carried out. The test results proved that both types of the connectors are flexible. The tests were carried out up to the failure loads. Through the instrumentation of the three tested slabs the load deflections, stress- strain curves of the slabs at different points were registered and analyzed. The results in turn were compared with those obtained theoretically. In the analyses both resistance and serviceability criteria were studied. Based on the findings preliminary design methods are recommended. Finally the variables to be studied in future are given.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T13:32:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274580.pdf: 6191550 bytes, checksum: 20e811e068dab8f16c408004448368ee (MD5) / Em projetos estruturais, a determinação das solicitações para a verificação dos Estados Limites de Serviço é feita usualmente, com uma análise elástico-linear. Porém, pode ser que ocorram pequenas redistribuições de esforços mesmo em condições de utilização, devido à fissuração das seções mais solicitadas, principalmente no caso de peças dimensionadas com redistribuição de esforços. Neste caso, seria recomendável uma análise não linear para a determinação dos esforços solicitantes em serviço. Contudo, estas análises são geralmente complexas, necessitando certo grau de conhecimento teórico pelo projetista e modelos que exigem tempos de processamento computacional relativamente elevados, dificultando assim o seu uso em projetos usuais. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um procedimento simplificado para a determinação dos esforços solicitantes em elementos sob condições de serviço, onde são utilizados diagramas momento curvatura para a consideração da não-linearidade dos materiais. Foi desenvolvido um programa computacional como forma de automatizar o processo iterativo que envolvem essas análises. Foram implementados no programa três tipos de diagramas momento-curvatura para se levar em conta a contribuição do concreto entre fissuras, o primeiro deles indicado pela NBR6118 proposto por Branson, o segundo retirado do CEB-FIP Model Code e o terceiro um diagrama bilinear simplificado. Foram estudados inicialmente exemplos de vigas contínuas, averiguando se há redistribuição de esforços em serviço, comparando os resultados obtidos pelos três diferentes diagramas com os resultados usuais de uma análise elástico-linear.O mesmo procedimento, com pequenas alterações, foi utilizado para o estudo de lajes de barragens de enrocamento com face de concreto, onde exercem função de vedação. Essas lajes possuem um comportamento pouco usual, já que pouco contribuem para a resistência da estrutura, estando praticamente submetidas a deslocamentos impostos. / In structural design, the verification of serviceability limit states is usually done, by means of a linear-elastic analysis. However, small redistributions may occur, even under service conditions, due to cracking in the sections subjected to highest action effects, particularly in the case of structures designed with redistribution. In this case, is recommended a nonlinear analysis to determine the solicitations in service. Nevertheless, these analyses are usually complex, requiring some theoretical knowledge by the designer and models that require high computational processing time, making it difficult for use in regular projects. This work has the purpose to develop a simplified procedure to determine member efforts under service loads, where moment curvature diagrams are used to account for material nonlinearities. A computer program was developed as a way to automate the iterative process involving the analysis. To take into account the contribution of concrete between cracks, three types of momentcurvature diagrams were implemented. The first one indicated by NBR6118, as proposed by Branson; the second one taken from the CEB-FIP Model Code; and the third one is a simplified bi-linear diagram. Examples of continuous beams were initially studied, by checking if there is bending redistribution under service, and then comparing the results obtained by using the three different diagrams with the usual results of a linear-elastic analysis. The same procedure, with minor modifications, was used to study slabs of concrete face rockfill dams, where they exert sealing function. These slabs have an unusual behavior, since they provide a little contribution to the resistance of the structure, being subjected to imposed displacements.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T01:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281907.pdf: 9813480 bytes, checksum: 19cccbfd9153b7c1e942d97ece14491b (MD5) / Esta dissertação visa dar continuidade a um projeto de pesquisa desenvolvido anteriormente na UFSC e denominado: Laje Mista de Concreto e Perfis Pultrudados de PRFV Aplicação em Tabuleiros de Passarelas, que tinha como objetivo o desenvolvimento de uma laje mista composta de uma capa de concreto apoiada sobre perfis pultrudados de PRFV, com preenchimento de blocos de EPS entre perfis e adição de fibras curtas de polipropileno à mistura de concreto para controle da fissuração. A aplicação principal da laje proposta foi em passarelas expostas a ambientes de atmosfera agressiva. No projeto anterior, a laje mista apresentou bom desempenho no comportamento estrutural quando submetida à flexão, tanto para cargas de curta como de longa duração. Entretanto, nos ensaios de flexão a quarto pontos do estudo desenvolvido anteriormente, a carga foi aplicada uniformemente ao longo da seção transversal, logo não foi avaliado o efeito de carga concentrada sobre a laje mista. Conhecer o comportamento estrutural da laje mista sob ação de cargas concentradas é importante para o projeto da capa de concreto visto que o carregamento concentrado em uma pequena região da laje pode gerar tensões de tração na capa de concreto não considerado no dimensionamento inicial. Sendo assim, há a necessidade de verificação do comportamento estrutural da capa de concreto da laje mista sob a ação de carregamento concentrado aplicado de forma estática ou dinâmica (impacto), sendo este o foco desta dissertação de mestrado. Para alcançar esta meta foi realizada inicialmente a análise numérica da laje mista e de modelos reduzidos representando o sistema de laje mista. A partir dos resultados numéricos foi desenvolvido um programa experimental para estudo de placas de concreto com adição de fibra sob ação de dois tipos de carregamento concentrado: carregamento estático e carga de impacto com energia da ordem de 20 Nm por impacto. Nos ensaios é avaliado o efeito de diferentes espessuras: 4, 5 e 6 cm; e diferentes tipos e teores de fibras de polipropileno incorporadas às misturas. Para o ensaio de carga concentrada os resultados demonstraram um aumento no valor de carga ultima da placa com o aumento da espessura, porém, a incorporação de fibras ao concreto auxiliou somente em uma maior ductilidade das placas. A carga ultima média observada nos ensaios foi de aproximadamente 10 kN e a ruptura típica ocorreu com o aparecimento de uma fissura ligeiramente inclinada na direção transversal da placa. A resistência ao impacto das misturas de concreto utilizadas foi avaliada por meio do método proposto pelos pesquisadores SCHMIDT et al (2001), utilizando pequenas lajes quadradas de dimensões 400 x 400 x 20 mm totalmente apoiadas em seus bordos. Os modos de ruptura observados variaram entre ruptura à flexão e à punção. Enquanto as placas das misturas sem fibras e com adição de 0,1% de microfibras sofreram ruptura por flexão, sendo caracterizada pela ocorrência de fissuras perpendiculares entre si e separação da placa em 4 partes distintas. Placas produzidas com fibras do tipo Durus com teores de 1% e 2% sofreram ruptura por punção, caracterizada pela ocorrência de fissuras perpendiculares entre si e esmagamento da região logo abaixo do local de aplicação da carga de impacto. / This dissertation continues a research Project developed at UFSC entitled Composite Slab System of a Fiber-Reinforced Concrete Top over Pultruded GFRP I-Beams Application in Pedestrian Bridges. The main objective is the development of a composite slab made of reinforced-concrete top over GFRP I-beams. The composite slab system includes Styrofoam blocks, placed between GFRP beams, and polypropylene fibers added to the concrete mixture for cracking control. The main application of such bridges is for footbridges exposed to an aggressive environment. In an early stage of this research project, the composite slab system showed a good structural behavior in bending both for static short loads and sustained loads. However, in the flexure experiments, the load was applied uniformly throughout the width of the specimens. Thus, the effects of concentrated loads were not verified. It is very important to know the behavior of the composite slab to concentrated loads in order to specify the thickness of the concrete top since these loads may lead to localized tensile stresses in the concrete top, which should be part of the slab design. Therefore, this dissertation focuses on the behavior of the composite slab system to concentrated static loads and dynamic loads. Initially, a numerical analysis of the composite slab was performed by means of a finite element analysis. This analysis permitted to find some reduced models subjected to similar stresses as the composite slab. This led to the development of an experimental program to study the influence of small fiber-reinforced concrete plates subjected static and dynamic loading. The dynamic loading was applied as an impact load with energy of 20 Nm per impact. Three levels of plate thickness (4, 5 and 6 cm), and the addition of different types of polypropylene fibers at different volumes were analyzed. In the case of static loading, the results indicated that the thicker the plate, the greater the observed failure load. However, the addition of fibers only helped to achieve a more ductile behavior. The observed failure load for all plates was approximately 10 kN, while the typical modes of failure was the occurrence of an inclined cracking in the transversal direction of the plate. The impact resistance of the concrete mixtures was evaluated by the SCHMIDT et al (2001) method. Small square plates of 400 x 400 x 20 mm, totally supported in their borders, were used. The observed failure modes ranged from flexural to punching modes. Concrete mixtures without fibers and with an addition of 0.1% of microfibers showed a flexural mode of failure, characterized by perpendicular cracks, and plate separation in 4 parts. Plates produced with Durus fibers at 1% and 2% showed a punching mode of failure, characterized by perpendicular cracks, and crushing of the concrete region just below the application of the impact load.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T15:32:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294408.pdf: 7039416 bytes, checksum: 63623dfb34e69bc5ef37d5e8a834529c (MD5) / O enfoque desta tese de doutorado é a contribuição teórica para o projeto estrutural de lajes alveolares protendidas com relação aos efeitos dependentes do tempo e a região do apoio. O modelo reológico utilizado nesse trabalho, fundamentado no método do coeficiente característico de envelhecimento, permitiu a análise de barras considerando o comportamento dependente do tempo do concreto e do aço por meio das funções de relaxação. Com isso, foi possível analisar os efeitos construtivos e o comportamento em diferentes etapas da vida útil das lajes alveolares isostáticas que são unidas para formar uma estrutura contínua com seção transversal composta. As análises dos resultados mostraram que a utilização de lajes alveolares com continuidade longitudinal é uma solução eficiente, mas requer verificações adicionais de projeto devido ao processo construtivo. O programa computacional PROTENLAJE, que permite a análise, dimensionamento e verificação de peças pré-tracionadas isostáticas e hiperestáticas nos estados limites de serviço e últimos, foi desenvolvido e utilizado neste estudo. Como contribuição para o estudo da região dos apoios, apresenta-se, por um lado, resultados de modelos numéricas não lineares, considerando a aderência entre a armadura e o concreto, e por outro lado, uma metodologia analítica para verificação da resistência à força cortante, baseada na Modified Compression Field Theory (MCFT) e nos conceitos de segurança do Eurocode 2. Os modelos numéricos representaram bem o comportamento de ensaios experimentais e clarificaram a distribuição de tensões na região de apoio. Os resultados obtidos com a metodologia analítica proposta para a verificação da resistência à força cortante alcançou os melhores resultados quando comparada com as normas CSA A23.3 e o Eurocode 2, utilizando um banco de dados com 129 ensaios experimentais de lajes alveolares. Além disto, a metodologia proposta é adequada para aplicações de projeto, visto sua simplicidade.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:10:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 244863.pdf: 3442980 bytes, checksum: 6175829578d1f8940cdf7645703a9863 (MD5) / No procedimento manual empregado para determinação dos esforços e deformações nos pavimentos de edifícios em concreto armado, adota-se a decomposição da estrutura em lajes e vigas para a análise individual de cada elemento. Neste trabalho, será realizado um estudo sobre avaliação de esforços de pavimentos utilizando a técnica da analogia de grelha, considerando-se a interação lajeviga-pilar, num comparativo com outros processos, como o método dos elementos finitos e métodos simplificados. Ainda sim, será necessário avaliar alguns parâmetros que podem modificar os resultados na modelagem de um painel de lajes, sendo desta forma, importante analisar o efeito de cada um deles separadamente, entre eles, a rigidez à torção da viga e a influência da disposição da malha sobre o pavimento. In the manual process employed for the determination of the efforts and deformations in the pavements of concrete buildings, the decomposition of the structure is adopted in slab and beams for the individual analysis of each element. In this work, will be made a study about evaluation of the pavement bending moments using the technique of the grid analogy, being considered the interaction slabbeam-column, in a comparative one with other processes, as the method of the finite elements and simplified methods. Finally, it will be necessary to evaluate some parameters that can modify the results in the modelling of a panel of slabs, being this way, important to analyze the effect separately of each one of them, among them, the torsion to rigidity of the beam and the influence of the disposition of the mesh on the pavement.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2008 / Made available in DSpace on 2012-10-24T06:05:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271609.pdf: 2149223 bytes, checksum: 6c547fe961d885fbf1efd2a594531256 (MD5) / Neste trabalho foram comparados procedimentos para dimensionamento de lajes lisas protendidas no estado limite de serviço para pavimentos com e sem balanços, comparando os resultados obtidos pelo processo do pórtico equivalente e pelo método dos elementos finitos através do programa computacional SAP 2000. Os exemplos incluíram o efeito da protensão como carregamento externo equivalente. Nos modelos numéricos foi feito um estudo da influência da modelagem dos apoios nos momentos fletores. A solução adotada foi a utilização de um carregamento equivalente, uniformemente distribuído, na região dos apoios, que forneceram resultados satisfatórios para análise dos pavimentos. Uma vez definido um modelo que forneceu resultados bons nos apoios, passou-se ao estudo do lançamento dos cabos de protensão no pavimento, utilizando diferentes traçados e concentrações de cabos. Desta maneira, buscou-se analisar o efeito do traçado em planta dos cabos e sua posterior influência na análise dos estados limites. Através dos estudos realizados ficou claro que o método dos pórticos equivalentes não consegue representar satisfatoriamente o comportamento em serviço da laje. Portanto, para o estudo dos Estados Limites de Serviço é necessário um modelo numérico mais apropriado principalmente na região dos apoios aonde existe elevadas concentrações de tensões.