Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Co-orientador: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Rosinei Batista Ribeiro / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Cristina de carvalho Ares Elisei / Resumo: Este trabalho realizoua caracterização mecânica e a análise microestrutural por tríplice ataque do aço de ultra-alta resistência AISI4350,que possui médio teorde carbono ebaixa liga, e correlacionou os aspectos microestruturais com as propriedades mecânicas alcançadas. Estaanálise é fundamental para secompreenderquais das estruturas obtidasapresenta uma melhor relação de correspondência entre resistência e ductilidade/tenacidade. Destinado a aplicações aeronáuticas,este aço,após tratamentostérmicos específicos, possui umamicroestrutura complexa que podeser composta pordiferentes fraçõesvolumétricas das fases, como: ferrita, bainita, martensita, além de austenita retida. Noprocedimento experimental, uma barracilíndrica do aço AISI 4350 foiusinada por eletro-erosão a fio, ondeforam obtidos CDP's planos, queforam submetidos aos diferentes tratamentos térmicos para formação de microestruturasmultifásicasdiversificadas. Posteriormente, foifeita a caracterização mecânica através deensaios de tração e dedurezae a análisemicroestrutural foi realizada pelouso da técnica de tríplice ataque, associada à microscopia óptica, e também por MEV. A técnicade tríplice ataque é considerada uma ferramenta valiosa por revelar e permitir quantificar todas as fases presentes, esta faz uso dos reagentes: nital 2%, solução aquosa de metabissulfito de sódio 10%e o reagente LePera. A análise das informações geradas, tornou possível avaliar a relação de correspondência entre os tratamentos térmicos aplicados, as microestruturas formadas e as propriedades mecânicas alcançadas. Observou-se que a fase martensítica tem grande contribuição para a elevação da resistência, com destaque para a estrutura bifásica ferrítica-martensítica, porém reduz a ductilidade. Os tratamentos isotérmicos para a formação de bainita (superior ou inferior)... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work conducted to characterize mechanicalandmicrostructural analysis by triple chemical etching techniqueof the steel ultra-high strength AISI 4350, whichhas medium-carbon and low-alloy and microstructuralaspects correlated with the mechanicalproperties achieved. This analysis is essential to understandthe structures obtained which shows a better relation correspondence between strength andductility /toughness.Intended foraeronautical applications, this steelafter specific heat treatment has a complex microstructure which can becomposed of different volume fractionsof the phases, as ferrite, bainite, martensite, andretainedaustenite. Experimental procedure in an cylindrical bar of AISI 4350 steel was machined by wire electro-erosion, which were obtained CDP's plans, whichwere subjected to different heat treatmentsto form diversemultiphase microstructures.Later, was characterizedbymechanical tensile and hardness and microstructuralanalysis was performed by using triple chemical etchingtechnique,associatedwith opticalmicroscopy and alsobySEM.The triple chemical etchingtechnique isconsidered avaluable tool for revealing and quantifying allow all phases present, it makes use of reagents: nital 2%, aqueous solution of 10% sodium metabisulfite and LePera reagent. The analysis of the information generated, made it possible to evaluate the correspondence relation between the heat treatment applied, the formed microstructures and mechanical properties achieved. It was observed that the martensitic phase has great contribution to the rise of resistance, in particular the two-phase ferritic-martensitic structure, but reduces ductility. The isothermal treatments for the formation of bainite (upper or lower), with or without the presence of ferrrite, proved most advantageous in achieving high levels of resistance while maintaining a good level of ductility / Doutor

Este trabalho discute a utilização de armadura de confinamento em vigas superarmadas de concreto armado. Essa armadura é constituída de estribos quadrados colocados na região de compressão da seção transversal da viga, aumentando a ductilidade. Para a análise numérica, utilizou-se programa computacional baseado no Método dos Elementos Finitos e que leva em consideração o efeito do confinamento no concreto, possibilitando estudar criteriosamente a influência da armadura de confinamento em vigas superarmadas. Na etapa experimental foi investigada a influência da taxa volumétrica da armadura transversal de confinamento, sendo realizados ensaios de quatro vigas superarmadas -três detalhadas com estribos adicionais destinados ao confinamento e uma projetada sem armadura de confinamento. Todas as vigas tiveram deformações nas barras da armadura de tração próximas a 'épsilon' y e resistência média à compressão do concreto de 25MPa. Os resultados experimentais mostraram que o índice de ductilidade pós-pico é proporcional à taxa volumétrica da armadura transversal de confinamento. Isso não aconteceu para o índice de ductilidade pré-pico, que teve variação aleatória com a taxa volumétrica de armadura de confinamento. Observou-se também que a resistência à compressão do concreto confinado no núcleo de confinamento diminuiu na proximidade da linha neutra. Considerando os resultados numéricos e experimentais, foi desenvolvido um processo simplificado para o dimensionamento de vigas de concreto armado com armadura de confinamento, onde a resistência à compressão do concreto confinado é função da taxa volumétrica da armadura de confinamento e da resistência do concreto não confinado / This work discusses the use of confinement reinforcement in over designed reinforced concrete beam. This reinforcement is composed by square stirrup placed on the compression zone of the beam transversal section, which improves the ductility avoiding fragile collapse. A Finite Element program was used to make a parametric numerical study. This program considers the non-linearity of the material and the confinement effect, making possible an accuracy study of those beams. In the experimental part, the influence of volumetric confinement transversal reinforcement rate was investigated by the test of four over designed beam, where three had addiction stirrup for the confinement reinforcement and one was designed without this reinforcement. All the beams were composed by 25MPa concrete. The experimental results show that the pos-peak ductility index is proportional to the volumetric confinement transversal reinforcement rate, however it was not observed for the pre-peak ductility index. It was also observed that effect of the confinement is smaller closed to the neutral axis. A simplified design process for reinforced concrete beam with reinforcement confinement was developed based on the numerical study that was performed. In this method the concrete strength is function of the transversal reinforcement volumetric rate and the non-confined concrete strength

The present thesis shows the analysis, calibration, and application of the stress modified criticai strain criterion to predict ductile failure for an A285 steel. To obtain the mechanical behavior of the material, experimental tests were carried out by implementation of 5 different types of geometries: smooth round bar, notched round bar (R=1 , 2, 3 mm), and, deep and shallow cracked SE(B) specimens. Then, for the calibration process of the mechanical properties finite element models were generated, using 30 solid elements with 8 nodes (C308), matching the geometry and the properties of the tested specimens. To calibrate the elastoplastic behavior was used the experimental and numerical response obtained from the smooth and notched round bar specimens; and, for the damage calibration was used the responses obtained from both deep and shallow crack SE(B) specimens. Once the mechanical properties were calibrated, then there were obtained the SMSC criterion factors represented by the equation ..... and, the damage condition which is represented by the displacement at failure (.......) and exponential factor (....). This calibrated model was able to recover the SE(B) experimental responses that validate the use of the characterized material in a complex structure. Then, the fully characterized material was applied in two pipelines which have externai initial circumferential elliptical crack; being the first one pipe with shallow crack and the second one with deep crack. Finally, both pipes were submitted to tension loads to predict the ductile damage behavior, obtaining the necessary load to the crack start growing, and the evolution of the failure. / A presente dissertação apresenta o processo de análise, calibração e aplicação das propriedades mecânicas, incluindo o comportamento elastoplástico e de dano, para o aço A285, utilizando o critério \"Stress modified criticai strain\" (SMCS). Para obter o comportamento mecânico do material, testes experimentais foram realizados com a implementação de 5 tipos diferentes de geometrias: barra cilíndrica sem entalhe, barra cilíndrica com entalhe (R = 1, 2, 3 mm) e corpos de prova SE(B) com trinca inicial profunda e rasa. Para o processo de calibração das propriedades mecânicas foram gerados modelos de elementos finitos, utilizando elementos sólidos 30 com 8 nós (C3D8), que representam de forma adequada a geometria e as propriedades dos corpos de prova testados. Para calibrar o comportamento elastoplástico e iniciação do dano, utilizou-se a resposta experimental e numérica obtida para as amostras de barra cilíndrica com e sem entalhe; e, para a calibração da evolução do dano, foram utilizadas as respostas obtidas para os espécimes SEB de trincas profundas e rasa. Este modelo calibrado foi capaz de recuperar as respostas experimentais dos corpos de prova SE(B), o que valida o uso do material caracterizado em uma estrutura complexa. Uma vez calibradas as propriedades mecânicas, foram obtidos os fatores do critério SMSC representados pela equação ....... , e, a condição de dano que é representada pelo deslocamento na falha .... e o fator de amolecimento exponencial .... . Depois, o material totalmente caracterizado foi aplicado em dois dutos que possuem trinca elíptica circunferencial inicial externa; sendo o primeiro tubo com trinca superficial e o segundo com trinca profunda. Finalmente, ambos os tubos foram submetidos a cargas de tensão para prever o comportamento do dano dúctil, obtendo a carga necessária para o início do crescimento da trinca e a evolução da falha.

O objetivo primordial da pesquisa foi obter informações sobre o comportamento dúctil de pilares submetidos à compressão centrada moldados com concreto de resistência média à compressão de 40MPa. Os resultados obtidos experimentalmente foram confrontados com da análise numérica e se mostraram satisfatórios. O modelo adotado para análise teórica considerou as equações de equilíbrio que regem a segurança da seção transversal, e, o comportamento do pilar confinado. Para o desenvolvimento da parte experimental foram ensaiados 16 modelos de concreto armado: quatro com dimensões da seção transversal de 200mm x 200mm e altura de 1200mm e doze com dimensões da seção transversal de 150mm x 300mm e altura de 900mm, que apresentaram melhora no comportamento dúctil diretamente influenciada pelo aumento da taxa de armadura transversal. Foi verificado, também, o comportamento dúctil de pilares variando-se a resistência à compressão do concreto, a partir de dados experimentais de outros autores e deste trabalho. O comportamento de pilares se torna frágil com o aumento da resistência à compressão, assim foi gerada uma superfície que mostra o comportamento dúctil de pilares em função da taxa de armadura transversal e da resistência à compressão do concreto. Moldaram-se também, oito modelos não armados, para determinação do coeficiente K2, que leva em consideração a estimativa da resistência do concreto na estrutura, quando avaliada por meio de corpos-de-prova cilíndricos, e verificou-se que o valor desta variável diminui com o aumento da resistência à compressão do concreto, como sugere a norma Norueguesa. A utilização da variável K2 em função da resistência do concreto torna possível o dimensionamento de pilares de concreto de alta resistência considerando-se a seção íntegra ao invés da seção do núcleo / The main purpose of this research is to obtain information about the ductile behavior of concrete columns under concentric compression with concrete’s compressive strength of 40MPa. The experimental results were compared with those from a numerical analysis. The theoretical analysis was made using the equations that govern the safety of the cross section and the columns confinement behavior. For the development of the experimental program 16 specimens of reinforced concrete were tested: four with a 200mm x 200mm cross section and 1200mm height, and twelve with a 150mm x 300mm cross section and 900mm height, which presented improvement directly in the ductile behavior influenced by the increase in the rate of transverse reinforcement. It was also verified that the ductile behavior of columns with variations of the compressive strength of concrete, starting from third-party experimental data and from experimental results from this work, becomes fragile with the increase in concrete’s compressive strength. Thus, a surface was drawn showing the ductile behavior of concrete columns in function of the rate of traverse reinforcement and the concrete’s compressive strength. Eight specimens of plain concrete were also tested to determine the K2 coefficient that takes into account the estimate of the resistance for the concrete used in the column when appraised through cylindrical specimens. It was verified that the value for this variable decreases with the increase of the concrete’s compressive strength, as the Norwegian norm suggests. The use of the K2 coefficient in function of the concrete’s compressive strength turns possible calculate high-strength concrete columns being considered the complete section instead the nucleus section

O objetivo primordial da pesquisa foi obter informações sobre o comportamento dúctil de pilares submetidos à compressão centrada moldados com concreto de resistência média à compressão de 40MPa. Os resultados obtidos experimentalmente foram confrontados com da análise numérica e se mostraram satisfatórios. O modelo adotado para análise teórica considerou as equações de equilíbrio que regem a segurança da seção transversal, e, o comportamento do pilar confinado. Para o desenvolvimento da parte experimental foram ensaiados 16 modelos de concreto armado: quatro com dimensões da seção transversal de 200mm x 200mm e altura de 1200mm e doze com dimensões da seção transversal de 150mm x 300mm e altura de 900mm, que apresentaram melhora no comportamento dúctil diretamente influenciada pelo aumento da taxa de armadura transversal. Foi verificado, também, o comportamento dúctil de pilares variando-se a resistência à compressão do concreto, a partir de dados experimentais de outros autores e deste trabalho. O comportamento de pilares se torna frágil com o aumento da resistência à compressão, assim foi gerada uma superfície que mostra o comportamento dúctil de pilares em função da taxa de armadura transversal e da resistência à compressão do concreto. Moldaram-se também, oito modelos não armados, para determinação do coeficiente K2, que leva em consideração a estimativa da resistência do concreto na estrutura, quando avaliada por meio de corpos-de-prova cilíndricos, e verificou-se que o valor desta variável diminui com o aumento da resistência à compressão do concreto, como sugere a norma Norueguesa. A utilização da variável K2 em função da resistência do concreto torna possível o dimensionamento de pilares de concreto de alta resistência considerando-se a seção íntegra ao invés da seção do núcleo / The main purpose of this research is to obtain information about the ductile behavior of concrete columns under concentric compression with concrete’s compressive strength of 40MPa. The experimental results were compared with those from a numerical analysis. The theoretical analysis was made using the equations that govern the safety of the cross section and the columns confinement behavior. For the development of the experimental program 16 specimens of reinforced concrete were tested: four with a 200mm x 200mm cross section and 1200mm height, and twelve with a 150mm x 300mm cross section and 900mm height, which presented improvement directly in the ductile behavior influenced by the increase in the rate of transverse reinforcement. It was also verified that the ductile behavior of columns with variations of the compressive strength of concrete, starting from third-party experimental data and from experimental results from this work, becomes fragile with the increase in concrete’s compressive strength. Thus, a surface was drawn showing the ductile behavior of concrete columns in function of the rate of traverse reinforcement and the concrete’s compressive strength. Eight specimens of plain concrete were also tested to determine the K2 coefficient that takes into account the estimate of the resistance for the concrete used in the column when appraised through cylindrical specimens. It was verified that the value for this variable decreases with the increase of the concrete’s compressive strength, as the Norwegian norm suggests. The use of the K2 coefficient in function of the concrete’s compressive strength turns possible calculate high-strength concrete columns being considered the complete section instead the nucleus section

The present thesis shows the analysis, calibration, and application of the stress modified criticai strain criterion to predict ductile failure for an A285 steel. To obtain the mechanical behavior of the material, experimental tests were carried out by implementation of 5 different types of geometries: smooth round bar, notched round bar (R=1 , 2, 3 mm), and, deep and shallow cracked SE(B) specimens. Then, for the calibration process of the mechanical properties finite element models were generated, using 30 solid elements with 8 nodes (C308), matching the geometry and the properties of the tested specimens. To calibrate the elastoplastic behavior was used the experimental and numerical response obtained from the smooth and notched round bar specimens; and, for the damage calibration was used the responses obtained from both deep and shallow crack SE(B) specimens. Once the mechanical properties were calibrated, then there were obtained the SMSC criterion factors represented by the equation ..... and, the damage condition which is represented by the displacement at failure (.......) and exponential factor (....). This calibrated model was able to recover the SE(B) experimental responses that validate the use of the characterized material in a complex structure. Then, the fully characterized material was applied in two pipelines which have externai initial circumferential elliptical crack; being the first one pipe with shallow crack and the second one with deep crack. Finally, both pipes were submitted to tension loads to predict the ductile damage behavior, obtaining the necessary load to the crack start growing, and the evolution of the failure. / A presente dissertação apresenta o processo de análise, calibração e aplicação das propriedades mecânicas, incluindo o comportamento elastoplástico e de dano, para o aço A285, utilizando o critério \"Stress modified criticai strain\" (SMCS). Para obter o comportamento mecânico do material, testes experimentais foram realizados com a implementação de 5 tipos diferentes de geometrias: barra cilíndrica sem entalhe, barra cilíndrica com entalhe (R = 1, 2, 3 mm) e corpos de prova SE(B) com trinca inicial profunda e rasa. Para o processo de calibração das propriedades mecânicas foram gerados modelos de elementos finitos, utilizando elementos sólidos 30 com 8 nós (C3D8), que representam de forma adequada a geometria e as propriedades dos corpos de prova testados. Para calibrar o comportamento elastoplástico e iniciação do dano, utilizou-se a resposta experimental e numérica obtida para as amostras de barra cilíndrica com e sem entalhe; e, para a calibração da evolução do dano, foram utilizadas as respostas obtidas para os espécimes SEB de trincas profundas e rasa. Este modelo calibrado foi capaz de recuperar as respostas experimentais dos corpos de prova SE(B), o que valida o uso do material caracterizado em uma estrutura complexa. Uma vez calibradas as propriedades mecânicas, foram obtidos os fatores do critério SMSC representados pela equação ....... , e, a condição de dano que é representada pelo deslocamento na falha .... e o fator de amolecimento exponencial .... . Depois, o material totalmente caracterizado foi aplicado em dois dutos que possuem trinca elíptica circunferencial inicial externa; sendo o primeiro tubo com trinca superficial e o segundo com trinca profunda. Finalmente, ambos os tubos foram submetidos a cargas de tensão para prever o comportamento do dano dúctil, obtendo a carga necessária para o início do crescimento da trinca e a evolução da falha.

Orientador: Antonio José Ramírez Londoño / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:50:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 UnfriedSilgado_Jimy_D.pdf: 31862670 bytes, checksum: f798572d3f744b9a4460a24f795ffa4d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A fratura por queda de ductilidade (FQD) é um tipo de falha que ocorre em temperatura elevada e que afeta adversamente diversos materiais metálicos com estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC), tais como, ligas de Níquel, Cobre e aços inoxidáveis. Na FQD é observada uma forte redução da ductilidade e a ocorrência de fratura intergranular no intervalo de temperatura homologa entre 0,4 e 0,8, e sob aplicação de esforços de tensão. Diversos autores têm proposto alguns fenômenos metalúrgicos, tais como o escorregamento ao longo dos contornos de grão e a precipitação de carbonitretos e carbonetos, como fatores que influenciam o comportamento da FQD em estrutura bruta de solidificação de ligas de Níquel. Não obstante, o mecanismo fundamental operante neste tipo de fratura ainda não está totalmente esclarecido. Neste trabalho é estudado o mecanismo operante na FQD em função do papel da precipitação de carbonitretos e das características microestruturais na estrutura bruta de solidificação de ligas Ni-Cr-Fe endurecidas por solução sólida. Foram fabricadas e avaliadas cinco ligas experimentais baseadas na composição da liga 690 com e sem adições de Nb, Mo e Hf, as quais foram projetadas com o suporte do método Calphad. A avaliação da FQD foi realizada a través da aplicação iterativa de técnicas de caracterização baseadas em microscopia eletrônica, combinada com a determinação experimental da energia de falha de empilhamento (EFE) usando radiação sincrotron e o uso de ensaio termomecânico in situ em temperatura elevada acoplado a um microscópio eletrônico de varredura (MEV), cujos resultados permitiram realizar mapeamento da deformação a partir de imagens digitais. O teste in situ facilitou o acompanhamento, em tempo real, do fenômeno de FQD dentro do intervalo de temperaturas entre 500 °C e 1000 °C, evidenciando a ocorrência de escorregamento ao longo dos contornos de grão, o que por sua vez permitiu a identificação das etapas do fenômeno com suas respectivas características. Nas ligas experimentais com adições de Nb e Hf foram obtidos contornos de grão fortemente ondulados devido à alta freqüência de precipitados primários intergranulares finos. A adição de Mo nas ligas experimentais juntamente com as adições de Nb e Hf contribuíram para uma forte diminuição da EFE. Os contornos de grão ondulados foram relacionados com o bloqueio mecânico do escorregamento que ocorre ao longo dos mesmos, como sugerido por diversos autores. A presença de Mo na rede cristalina e a baixa EFE contribuíram na restrição da mobilidade de discordâncias em temperaturas elevadas. As características anteriores foram relacionadas com o aumento da resistência a FQD. Finalmente, baseado na evidencia experimental obtida neste trabalho é proposto um mecanismo fundamental de ocorrência da FQD em estruturas brutas de solidificação por soldagem de ligas Ni-Cr-Fe similar ao mecanismo de fluência sem domínio da difusão com escorregamento ao longo dos contornos de grão proposto por Rachinger. / Abstract: Ductility-dip cracking (DDC) is a high temperature fracture phenomenon, which affects several face centered cubic (FCC) metallic materials, such as Nickel alloys, Copper alloys, and stainless steels. DDC is observed as a drastic reduction of ductility that leads to intergranular fracture at homologous temperature range between 0,4 and 0,8 under tensile stress. Diverse theories related to the grain boundary sliding and to carbides and carbonitrides precipitation were proposed to describe DDC behavior in Ni-alloys; however, the fundamental mechanism of DDC is not clear yet. In this work is investigated the fundamental mechanism of DDC, as well as the role of carbonitride precipitates and metallurgical characteristics on this phenomenon in aswelded solid-solution strengthened Ni-Cr-Fe alloys. Experimental alloys were designed by means of Calphad methodology using the alloy 690 chemical composition as the start point. Five compositions with Nb, Mo and Hf additions were subsequently fabricated and evaluated. The DDC evaluation was performed using electron microscopy characterization techniques, experimental measurements of stacking fault energy (SFE) using synchrotron radiation, and a scanning electron microscopy thermo-mechanical in situ test that allows a strain mapping from digital images. The in situ test has allowed obtaining at real time information about of DDC phenomenon on the temperature range between 500 °C and 1000 °C. Evidences of grain boundary sliding (GBS) were obtained through high temperature experiments, consequently allowing the recognition of DDC stages characteristics. Wavy grain boundaries were obtained in Ni-Cr-Fe alloys with Nb and Hf additions due to the high frequency and homogeneous distribution of fine intergranular primary precipitates. Mo, Nb, and Hf additions contributed for a perceptible SFE reduction. Several authors suggested that wavy grain boundaries block GBS, while the Mo presence in the crystal lattice leads to SFE reduction, which is related to the restriction of dislocations mobility at high temperature and to the increase of DDC resistance. Finally, a new fundamental mechanism of DDC is proposed based on experimental evidences for as-welded structures of Ni-Cr-Fe alloys, which is similar to the creep mechanism without diffusion, involving grain boundary sliding mechanism proposed by Rachinger. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-04-19T15:13:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese completa - com FICHA CATALOGRÁFICA - 13-11-15.docx.pdf: 12354706 bytes, checksum: ca0e4da17bca37b3d26461335b9c9552 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-19T15:13:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese completa - com FICHA CATALOGRÁFICA - 13-11-15.docx.pdf: 12354706 bytes, checksum: ca0e4da17bca37b3d26461335b9c9552 (MD5) Previous issue date: 2015-11-15 / Estima-se a existência, desde a década de 1960, de milhares de edifícios de alvenarias de vedação com função estrutural na Região Metropolitana do Recife (RMR). Esses prédios tipo “caixão” foram concebidos, em sua maioria, com blocos cerâmicos com furos na horizontal e possuem até quatro pavimentos. Verifica-se que essas paredes não apresentam requisitos técnicos e desempenho necessários para serem considerados estruturais, de tal forma que o cálculo da resistência à compressão mostra insuficiência na capacidade de suporte, por conseguinte, não atendem a critérios normativos. Portanto, observam-se elevados níveis de patologias e envelhecimento precoce, onde a relação entre o número de acidentes e o número de edificações existentes apresenta probabilidade de falha de aproximadamente 1:500, bem acima do nível aceitável quando envolve a segurança de vidas humanas que é de 1:10.000. Ocorreram 12 desabamentos desses prédios nos últimos 30 anos na RMR, causando 12 mortes. Assim, torna-se importante apresentar um modelo de reforço para estas edificações, especialmente quando se considera que nesses prédios residem cerca de 250.000 pessoas. Este trabalho tem por objetivo avaliar o reforço com argamassa armada e adição de metacaulim na resistência compressiva, ductilidade e durabilidade. Moldaram-se prismas de amostras sem e com reforço sobre substrato sem revestimento e revestido. O reforço foi constituído por capa de argamassa com tela de aço nas duas faces interligadas por conectores de aço e adição de 15% de metacaulim, adicionado por substituição de parte de cimento e adição simples, com traços em volume: 1:1:6:1,5 e 1:0,5:4,5:1,5 (cimento, cal, areia, relação água/cimento). Concluiu-se diante dos ensaios que o reforço proposto contribui substancialmente na resistência à compressão (considerando o fator redutor devido efeito de flambagem) e na forma de ruptura, fornecendo ductilidade (deformação plástica e tenacidade), bem como a metacaulim contribui para a durabilidade, visto em ensaios próprios específicos (resistência mecânica, módulo de elasticidade, velocidade de propagação da onda ultrassônica, absorção por imersão e ensaios acelerados de carbonatação e cloretos). / In Recife Metropolitan Region (RMR), there are thousands of buildings made of non-structural masonry dating from the 1960s, however performing as structural masonry. These four-floor buildings best known as “caixão” were mostly conceived with ceramic bricks horizontally perforated. This kind of masonry does not supply technical requirements and does not perform appropriately to be considered structural. It does not fulfill normative criteria because structural calculus shows that its resistance to compression does not suffice. This consequently leads to high levels of pathologies and premature aging of buildings. The relationship between the quantity of “caixão” buildings in RMR and the number of accidents they are involved in indicates that the probability of failure is about 1:500. This rate is much above the acceptable standard of 1:10.000 concerning human lives safety. Over the past thirty years, 12 “caixão” buildings tumbled down in RMR, causing 12 deaths. It is, thus, relevant to develop a solution for reinforcing these buildings, where approximately 250.000 people live. This study aims to evaluate the use of reinforced mortar and metakaolin addition for reinforcing masonry in order to increase its resistance to compression, ductility and durability. In this research, we shaped sample prisms with and without reinforcement on both mortar and non-mortar substratum. The reinforcement consisted of a layer of mortar with a steel lattice on both faces connected by steel connectors as well as addition of 15% of metakaolin, partly replaced with cement by pure addition, following the volume proportions of 1:1:6:1,5 and 1:0,5:4,5:1,5 (cement, lime, sand, water/cement relation). Conclusively, our proposal substantially increased the masonry resistance to compression, considering the reduction factor due to the buckling effect, providing it with ductility, that is, plastic deformation and tenacity. Additionally, we found that the metakaolin contributes to masonry durability by doing specific experiments of mechanical resistance, elasticity modulus, ultrasound, and absorption by immersion as well as accelerated experiments of carbonation and chlorides.

Esta tese discute as análises teórica e experimental de pilares de seção retangular, esbeltos, confinados por estribos, de concreto de alta resistência, sujeitos à flexo-compressão, considerando os estados limites últimos de ruptura do concreto ou por deformação excessiva das barras da armadura ou por instabilidade. Foram ensaiados 12 modelos de pilares com esbeltez mecânica igual a 92, compondo três séries de 4 pilares cada uma; os parâmetros estudados foram a excentricidade da força, a taxa volumétrica de armadura transversal e a resistência do concreto. Em uma segunda fase, foram analisados 9 pilares curtos de seção quadrada à compressão concêntrica com o objetivo de avaliar a ductilidade e obter as propriedades do concreto confinado. Para a realização dos ensaios foram empregadas rótulas unidirecionais, que permitiram transferir a força excêntrica ao pilar. Para a obtenção das resistências dos concretos, foram realizados ensaios para a determinação da composição dos materiais e foram traçadas curvas de dosagem. Os resultados experimentais foram comparados com os obtidos com o método exato que considera a não linearidade física e geométrica por meio de programas computacionais elaborados pelo autor. Observou-se que os resultados experimentais se aproximaram dos resultados teóricos. As ruínas dos pilares esbeltos foram por instabilidade, sendo que todos eles atingiram o ponto limite. Foi verificado que a capacidade resistente dos pilares é muito sensível para pequenas variações da excentricidade da força. Nos modelos analíticos foram incorporadas formulações de várias normas que contemplam concretos de alta resistência e o critério de confinamento indicadas pela literatura técnica com algumas modificações. Foi verificada uma pequena melhora na ductilidade ao incrementar a taxa de armadura transversal dos modelos ensaiados. Com os resultados obtidos e com as formulações analisadas, sugere-se uma forma alternativa de projeto de pilares esbeltos. / This thesis discusses the theoretical and experimental analyses of slender high-strength concrete rectangular columns confinement by lateral reinforcement, subjected to combined axial load and bending, considering the ultimate limit states of concrete crushing at the compressive face or the longitudinal bars excessive deformation or the column instability. Twelve column models were tested with 92 mechanical slenderness. These models included three series of four columns each; the parameters studied were axial load eccentricity, volumetric lateral reinforcement ratio and concrete strength. In a second step, nine square cross section short columns under concentric compression were tested to evaluate ductility and to obtain the confined concrete properties. A pair of unidirectional hinges was used to transfer the eccentric load to the columns. Tests were carried out for material\'s composition determination and dosage curves were drawn to obtain concrete strengths. The experimental results were compared with those obtained using the exact method that considers physical and geometrical nonlinearities through computational programs prepared by the author. There is not a significant difference between experimental and theoretical results. The instability failure was reach in all columns because of high slenderness, all of they reached the limit point. It was observed that the column ultimate strength is very sensitive for small axial load eccentricity variations. The formulations of several standards codes that consider the high-strength concrete and technical literature confinement criterion with some modifications have been incorporated in the analytical models. A small ductility improvement was observed considering the tests volumetric lateral reinforcement ratio increase. There is an alternative method suggested for slender columns design, based on the obtained results.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-01-31Bitstream added on 2014-06-13T19:47:23Z : No. of bitstreams: 1 gamino_al_me_ilha.pdf: 1439799 bytes, checksum: f5276e70048212940034e70e154a258f (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Apresenta-se como objeto desta pesquisa o estudo numérico não-linear da ductilidade de vigas de concreto armado convencional e de alto desempenho. Toda a análise numérica é efetuada no código de cálculo baseado no método dos elementos finitos CASTEM 2000, que utiliza o modelo reológico elastoplástico perfeito para o aço, o modelo de Drucker-Prager para o concreto e o método de Newton-Raphson para a solução de sistemas não-lineares. O núcleo deste trabalho concentra-se na obtenção de curvas força - deslocamento e momento - curvatura com a finalidade de quantificar respectivamente os índices de ductilidade global e local das vigas analisadas. De início, confrontam-se as respostas numéricas obtidas com resultados experimentais fornecidos pela literatura a fim de garantir confiabilidade à análise numérica realizada. Posteriormente, efetua-se a determinação da capacidade de deformação inelástica do elemento estrutural em questão, variando-se a resistência à compressão do concreto, a taxa geométrica de armadura longitudinal de tração, a tensão de escoamento das armaduras, o espaçamento entre estribos, a base da seção transversal do elemento estrutural e o efeito escala. Estes parâmetros foram avaliados para dois casos de solicitação: flexão simples tipo I e flexão simples tipo II. O primeiro caso caracteriza-se pela ação de forças simétricas aplicadas à 1/3 e 2/3 do vão e a segunda por uma força centrada no meio do vão. A linha de tendência geral observada foi de uma maior ductilização das vigas sujeitas à flexão simples tipo II, em detrimento às solicitadas por flexão simples tipo I. Quanto ao efeito escala observa-se que a ductilização das vigas é inversamente proporcional à esbeltez das mesmas. / The objective of this thesis is the study of the ductility of high and conventional strength reinforced concrete beams by non-linear numerical simulations. The numerical analysis is based on the finite element method implemented in CASTEM 2000. This program uses the constitutive elastoplastic perfect model for the steel, the Drucker-Prager model for the concrete and the Newton-Raphson for the solution of non-linear systems. This work concentrates on the determination of force - displacement and moment - curvature curves with the purpose of quantifying the global and local ductility indexes of the beams. First, the numeric responses are confronted with experimental results found in the literature in order to check the reliability of the numerical analyses. Later, a parametric study is carried on. The inelastic deformation capacity of the structural element is investigated by varying the concrete compressive strength, the longitudinal reinforcement ratio, the yield stress of the reinforcement, the spacing between stirrups, the member section dimensions and the element size. These parameters have been analyzed for two cases: simple type I and simple type II bending. The first case is characterized by the action of applied symmetrical forces to the 1/3 and 2/3 of the beam size and second for a force centered in the middle of the beam size. The general tendency observed points to a high ductilization of the beams subjected to simple type II bending in comparison to the ones subjected to simple type I bending. With respect to the element size, it is noticed that the ductility of the beams is inversely proportional to their slendernesses.