Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Serra Neves

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do prof. Doutor Raimundo Delgado

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

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Aníbal Costa

Este trabalho apresenta um programa computacional para o dimensionamento automático, à flexão, de vigas isostáticas pré-fabricadas, em concreto annado e com protensão parcial ou completa. O processo de protensão considerado é o de aderência inicial com cabos retos. São consideradas seções transversais quaisquer, com um eixo de simetria coincidente com o plano de ação das cargas. O escalonamento das annaduras de protensão, ao longo do vão, é feito pela eliminação da aderência em trechos, cuja extensão é determinada pelo programa. O escalonamento das annaduras passivas (concreto armado) é feito de acordo com os critérios usuais. Ao longo do trabalho, a análise das VIgas projetadas é feita de acordo com as recomendações das normas brasileiras pertinentes, exceto nos casos em que estas não definem critérios. Nestas situações foram adotados critérios definidos em normas estrangeiras. Ao longo da dissertação adota-se a sistemática de apresentar, de forma simultânea, o processo de implementação do programa e o seu embasamento teórico. / Tlús work presents the irnplementation of a computer program for the automatic design for bending of statically determinate, precast, beams produced with partial or full prestressing, as well as those with normal reinforcement. Cross sections of any shape are considered provided that they have simmetiy about the loading plane. Distribuition of the prestressing force through the span of the beam is made by the use of the debonded strands technic and its shape is detemúned by the program. Normal reinforcement is distribuited as usual and also defined by the program. The analysis of a beam is made according to the recommendations of the Brazilian Standards, except in the topics in wich they do not clearly define the design procedures. In these cases Foreign Standards recommendations are used. Throughout the text the theoretical background and the form of irnplementation fo the program, s procedures are sirnultaneously presented.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de-pilares esbeltos reforçados submetidos a esforços de flexo-compressão normal. Inicialmente, foram moldados pilares de concreto armado para em uma etapa subseqüente serem reforçados. Desta forma, os pilares foram divididos em grupos de dois, sendo estudadas diversas técnicas de execução de reforços. Um grupo destes pilares, denominado de pilares testemunhos, foi ensaiado com suas dimensões originais, servindo portanto como elemento comparativo aos pilares reforçados. Dentre as técnicas recuperadoras analisadas, foram testados reforços com chapas de aço coladas com resina epóxi e parafusos auto-fixantes, com espaçamento de 21 cm e 38 cm; com chapa de aço colada com resina epóxi; com chapa de aço e parafusos auto-fixantes espaçados de 21 cm, procurando-se assim fazer diversas combinações e variações dos elementos reforçantes. Ainda, foram estudados reforços com perfis metálicos; com argamassa com adição de sílica ativa e com concreto convencibnai, simulando-se, para estes últimos, certas situações cotidianas de canteiros de obras. Os protótipos foram instrumentados nas seções central e do quarto inferior, e apoios inferior e superior, com deflectômetros, para serem determinados seus deslocamentos transversais e rotações dos aporos. 0s pilares confeccionados tiveram duas de suas barras de armadura longitudinal instrumentadas com extensômetros elétricos, na sua seção central, sendo também os elementos reforçantes instrumentados na mesma posição, para a medição das deformações que estes elementos sofreram quando ensaiados. A realização dos ensaios experimentais permitiu determinar, para cada peça, a sua carga de ruptura, deformações das armaduras e deslocamentos transversais, sendo estes resultados comparados com os numéricos, procedentes de programa computacional, baseado nas recomendações da norma brasileira NBR 6118180. Os resultados dos ensaios experimentais confrontados com os teóricos demonstraram a eficiência do método geral proposto pela norma supra citada. Demonstram, ainda, a viabilidade executiva das técnicas recuperadoras de capacidade portante, apresentando resultados de cargas de colapso e flechas plenamente satisfatórios, comparativamente aos pilares testemunhos, ensaiados como referência. / This work presents a study on the behaviour of strengthened slender colurnns, subrnitted to eccentric normal compression. A set of reinforced concret colurnns were casted and in a subsequent stage strengthened. The colurnns were divided in groups of two, for which different strengthening techniques were executed and are studied. One of such groups, denorninated as "reference colurnns", was tested with their original dirnensions, serving as comparative elements. The different strengthening techniques adopted were: strengthening with steel plates bonded with epoxy resin and parabolts, spaced of 21 and 38 cm; steel plates bonded with epoxy resin only and steel plates fixed with parabolts alone, spaced of 21 crn. Furthermore, rnetalic comer plate reinforcernents, mortar cornposed with addition of active silica and conventional concrete were also used, sirnulating certain comrnon situations used on the building site. The colurnns were instrumented with deflectorneters, in the central, lower quarter and extrerne sections, to rneasure their transverse displacernents and extrerne section rotations. Two of the longitudinal reinforcement bars were instrurnented with strain gages, at mid section of each colurnn, as well as the strengthening elements externally applied. During the experimental tests, transverse displacements, rotations, reinforcernent defonnations and rupture loads were rneasured for each elernent. Such results were cornpared to nurnerical results obtained by a computer prograrn based on the recornrnendations of the Brazilian Standard NBR 6118180 and were able to demonstrate the efficiency of the general rnethod proposed by the standard. Its was also demonstrated that such strengthening techniques are perfectly executable and present very acceptable results of rupture loads and transverse deflection when cornpared to those of the colurnns used as reference.

Este trabalho tem por objetivo desenvolver e implementar, computacionalmente, procedimentos numéricos eficientes, aplicados à determinacão do diagrama momento-curvatura, correspondentes à: -uma seção tipica, em vigas de concreto armado, submetida à carga monotônica ou cíclica de curta duração; - um ponto genérico da superficie média em placas de concreto armado, submetidas à carga monotônica de curta duração. Ainda à luz dos resultados obtidos, visa também propôr um modelo simplificado em termos de resultantes de tensões e deformações generalizadas. Inicialmente, é descrito um modelo laminar para vigas, no qual a carga é aplicada de forma incremental sendo que para cada etapa, as equaçães de equilibrio não-lineares são resolvidas de maneira iterativa. Como consequência é proposta uma relação momento-curvatura em termos de resultantes. A fim de verificar a validade e aplicabilidade dos métodos e dos algorítmos estudados e comparar-se os resultados com dados experimentais e respostas obtidas por outros pesquisadores, é apresentada uma série de exemplos numéricos. A continuação, é aplicado o procedimento anterior para modelos de laje, livres de solicitações de membrana. Finalmente através de um estudo paramétrico dos diversos fatores que afetam o diagrama momento-curvatura, propõe-se uma relação simplificada. / The objective of the present study is to develop an efficient numerical procedure for obtaining the moment-curvature relationship, corresgondents: - a typical section, in reinforced concrete beams, under cyclic or monotonically short term loading; - a generic point on the average of reinforced concrete plates under monotonik, short duration loading. On the basis of the results indicated above, a simplified model is proposed, in terms of: generalized stresses and deformations. At first, a laminar model applicable to beams is described. The loads are incrementaly applied and at each slage the nonlinear equilibrium equations are solved iterative manner. In consequence it is proposed moment-curvature relationship in term of resultants. Several numerical examples are presented in order to verify the validity and applicability of the developed models. The results obtained are compared to experimental and analytical data obtained by others investigators. Next, the procedure previously described is applied to slabs free of membrane stresses. Finally through a parametric studu of the different factors that affect a moment-curvature relationshhip, a simplified diagram is progosed.

Neste trabalho abordam-se as questões relevantes de uma avaliação analítica de estruturas acabadas, apresentando-se os aspectos fundamentais quanto à inspeção e verificação da sua segurança. Primeiramente, apresenta-se os métodos de avaliação, enfatizando-se as vantagens e restrições do emprego de cada método. Quanto à inspeção, são apresentados e discutidos os principais ítens que devem ser verificados nas estruturas acabadas. :t:nfasemaior é dada à inspeção da resistência do concreto, discutindo-se aspectos de sua variação nas ~struturas e apresentando-se os métodos de ensaio empregados. É proposta uma metodologia para a inspeção do concreto, racionalizando-se o emprego dos métodos não-destrutivos. Por fim, destaca-se os aspectos teóricos da verificação da segurança nas estruturas acabadas e as principais diferenças quanto à introdução da segurança nos projetos de novas estruturas. / In this work the relevant questions of the analytic evaluationof existing structuresare studied in order to bring out the main featuresregardingthe inspectionof their safety. At first, the evaluation methods are checked, highlighting the advantages and restrictions of the use of each evaluation method. Regarding the inspection, the main items which should be verified in the existing structures are presented and discussed.A greater emphasisis given to the concrete strength inspection, approaching variation aspects of structures and describing the most commonly used testing methods. A methodology to concrete compressive strength inspection is proposed rationalizingthe use of the non-destructivemethods. At last, the theoretical aspects of the safety assessmentof the existingstructuresare dealt with and their main differences regarding the safety cpnsiderations of structure design theory are discussed.

O objetivo deste trabalho é apresentar um programa computacional para analisar problemas elastoplásticos com pequenas deformações em grelhas planas de concreto armado, utilizando o método dos deslocamentos. O material é definido através de um critério de escoamento generalizado que leva em consideração o efeito dos esforços de corte, momento fletor e momento torsor nas seções críticas e apresenta endurecimento isótropo. Uma solução incremental empregando o método da matriz de rigidez tangente foi adotado. Algumas comparações foram feitas com resultados experimentais, numéricos e teóricos. / The aim of this work is to present a computational program to analyse elastoplastic problems of small deformations in reinforced concrete grids using the matrix displacement method. The material is defined through a generalized yield criterion that accounts for bending, torsion and shear effects at the critical sections and presents isotropic hardening. An incremental solution with tangent stiffnen matrix is used. Some comparisons were made with experimental, numerical and theoretical results.

É consenso mundial a importância de estudos sobre a penetração de cloretos nos concretos, devido ao caráter deletério destes íons quanto à corrosão das armaduras. Quando os íons cloretos ingressam no concreto em quantidade suficiente causam a despassivação e a corrosão das armaduras, conduzindo à diminuição da vida útil das estruturas. Os cloretos podem ser introduzidos no concreto de várias maneiras: como aditivo, pela contaminação da água ou da areia, ou podem ingressar provindos do meio externo. Os cloretos potencialmente agressivos geralmente penetram na estrutura dissolvidos em água, através dos mecanismos de penetração de água e transporte de íons, sendo um dos mecanismos que ocorrem com maior freqüência a difusão. Este mecanismo de penetração de íons cloretos nas estruturas de concreto armado é influenciado pela relação água/aglomerante, o tipo de cimento, a presença de adições, a cura, o tempo, a temperatura de exposição, dentre outros, e seus valores ainda podem ser utilizados em modelos matemáticos para previsão de vida útil. Assim, este trabalho objetiva avaliar o coeficiente de difusão de cloretos em concretos confeccionados com dois tipos diferentes de cimento (CP II F e CP IV), cinco distintas relações água/cimento (0,28, 0,35, 0,45, 0,60 e 0,75), cinco temperaturas de cura (5, 15, 25, 30 e 40°C) e cinco diferentes idades (7, 14, 28, 63 e 91 dias). Paralelamente foram realizados ensaios de resistência à compressão axial e penetração acelerada de cloretos. A metodologia utilizada permitiu avaliar e medir os coeficientes de difusão de cloretos nos concretos confeccionados, tendo sido observados que os coeficientes diminuem com a elevação da temperatura de cura e da idade, com o uso do cimento CP IV e com a redução da relação água/cimento.