O concreto é o segundo material mais consumido no mundo, perdendo somente para água, justificando a importância de estudos que envolvam seu comportamento frente à durabilidade, e que objetivam a obtenção de estruturas com longas vidas úteis. Dentre as diversas manifestações patológicas que ocorrem nas estruturas de concreto armado, a corrosão das armaduras tem uma grande incidência, como já comprovado por diversos autores. A corrosão das armaduras ocorre pela ação de agentes agressivos sendo que os dois principais são a carbonatação e a penetração de cloretos. Em função da grande costa marítima do Brasil, a ação de íons cloretos é a mais significativa, deteriorando estruturas e levando a necessidade de manutenções periódicas. Porém, sabe-se do alto custo para realização destas manutenções. Em função da preocupação com a manutenção e gastos das estruturas de concreto armado, este estudo objetivou realizar uma validação dos ensaios de corrosão por cloretos em estruturas de concreto armado a partir de meta-análise dos dados de técnicas eletroquímicas utilizadas nos trabalhos de teses e dissertações desenvolvidos no Brasil. Pretende-se desta maneira realizar um mapeamento das pesquisas na área de corrosão em armaduras de concreto armado realizadas no Brasil e direcionar os futuros estudos. Pretende-se também realizar uma análise conjunta de todos estes trabalhos para verificar a quantidade e qualidade dos mesmos sob uma visão do conjunto nacional. Registrou-se a falta de pesquisas na região Norte do país e a centralização das mesmas nas regiões Sudeste e Sul. Com o uso de técnicas estatísticas conclui-se a falta de diversas combinações de variáveis (relação água/cimento, tipo de cimento, método de indução de cloretos, adição de materiais, entre outros) para criação de um modelo brasileiro confiável. / Concrete is the second most consumed material in the world, second only to water, explaining the importance of studies involving behavior concerning durability, and aimed to obtain structures with long lifetimes. Among the various pathologics that occur in reinforced concrete structures, corrosion of the reinforcement has a major impact, as proven by several authors. The reinforcement corrosion occurs by the action of aggressive agents and the two main ones are carbonation and chloride penetration. Due to the great sea coast of Brazil, the action of chloride ions is the most significant and deteriorating structures leading to the need for periodic maintenance, but it is known the high cost of implementing these maintenances. Because of concerns with the maintenance and expense of concrete structures, this study aimed to perform a validation of the corrosion by chlorides in reinforced concrete structures from the meta-analysis of data from electrochemical techniques used in the work of theses and dissertations developed in Brazil. The aim is thus to map the research on corrosion in reinforced concrete made in Brazil and direct future studies. Also perform a joint analysis of all these works to verify the quantity and quality of these in a vision of the National Assembly. We observed the lack of research in the northern region of the country and centralizing them in the Southeast and South By using statistical techniques concludes the lack of various combinations of variables (water / cement ratio, cement type, method induction of chloride, addition of materials, among others) to create a Brazilian model reliable.

Estruturas de concreto mais arrojadas têm sido executadas ao longo das últimas décadas, utilizando-se de projetos e técnicas construtivas cada vez mais avançadas, às quais, por sua vez, procuram manter a qualidade na execução da obra e proporcionar maior durabilidade e rapidez na entrega do empreendimento. Dentro deste contexto evolutivo, também se enquadra a tecnologia do concreto, incluindo o estudo dos efeitos de seus materiais constituintes (agregados, aglomerantes, aditivos, adições, etc) sobre as mais diversas propriedades do concreto. Frente a este desafio, a tese se propõe a contribuir de maneira planejada na avaliação de como algumas adições minerais e os aditivos plastificantes podem afetar as propriedades do concreto, com ênfase dada à fluência nas primeiras idades de início de carregamento. A fluência além de ser de difícil obtenção de resultados em laboratório é uma propriedade que possui sua complexidade associada às diversas variáveis intervenientes no fenômeno e ainda ao seu mecanismo de atuação, o qual não é totalmente compreendido. A atual bibliografia sobre o assunto tem se mostrado incipiente e algumas vezes contraditória nos trabalhos disponíveis, principalmente quando se refere aos efeitos na fluência nas primeiras idades, apesar dos esforços depreendidos por pesquisadores consagrados desde a década de 30 do século passado. Assim, surgiu a necessidade de se delimitar a pesquisa a partir de um programa experimental capaz de avaliar, mesmo que ainda restrito a uma amostra de materiais e dosagem limitada, mas que permita uma visão geral de como as adições e os aditivos interagem no comportamento da fluência. O programa experimental compreenderá basicamente na avaliação matricial das possíveis combinações das adições minerais: metacaulim, escória de alto-forno e argila calcinada, associadas aos aditivos plastificantes, base lignossulfonato e naftaleno, sobre a fluência do concreto nas idades iniciais de carregamento de 1, 3 e 7 dias, e ainda sobre outras propriedades mecânicas, elásticas e térmicas, também nas idades de 14 e 28 dias. Os resultados demonstram que tanto as adições minerais estudadas como os aditivos plastificantes e suas combinações, avaliados por meio da análise estatística de variância, interferem decisivamente no comportamento da fluência, mesmo mantendo o proporcionamento dos materiais inalterados em relação à referência. A idéia é de que esta pesquisa contribua para a atualização dos padrões normativos atuais sobre o assunto, e que estimule futuras pesquisas para detalhar o efeito de outras adições e aditivos químicos sobre a fluência e também sobre uma série de traços de concreto e condições além das abordadas nesta tese. / Bolder concrete structures have been performed in the past decade. They use increasingly advanced building projects and techniques which, in turn, aim at keeping work quality and providing higher durability and quicker project completion. Concrete technology also has a role this evolutionary setting. It studies the effects of its component materials (aggregates, binders, chemical and mineral admixtures, etc.) on various concrete properties. In face of this challenge, this thesis aims at contributing to a planned assessment of how some mineral and chemical admixtures can affect concrete properties, mainly regarding creep at early ages at loading. Besides being difficult to assess through laboratorial testing, creep is a property whose complexity is associated to several intervening variables and to its working mechanisms, which are not fully understood. The current relevant literature has shown to be incipient and sometimes contradictory concerning the available studies, mainly those referring to the effects of creep at early ages, despite the efforts renowned researchers have made since the 1930s. This explains the need of limiting the investigations to an experimental program which is able to assess, even if restricted to a sample of materials and limited mix proportion, but also allow an overview of how mineral and chemical admixtures interact creep behavior. For assessing the possible mineral admixture combinations, this experimental program will comprise basically: metakaolin, blast furnace slag, and calcined clay associated to lignosulfonate and naphthalene-based admixtures on concrete creep at ages of loading 1, 3, and 7 days, as well as on other mechanical, elastic, and thermal properties, at ages 14 and 28 days. The results show that both mineral and chemical admixtures and their combinations, assessed in this study through statistical analysis of variance, significantly interfere in creep behavior, even though material proportion remains unchanged compared to the reference concrete mix. The idea is that this research can contribute to update the current standards in this field, and stimulate future studies detailing the effect of other mineral and chemical admixtures on creep and also on other concrete mixes and conditions that have not been approached in this study.

Determinar o comportamento de materiais reforçados a partir do conhecimento das propriedades individuais de seus componentes é assunto de uma quantidade considerável de pesquisas experimentais e teóricas nas últimas décadas. Nesse trabalho, um modelo multifásico para determinação do comportamento macroscópico de estruturas de concreto armado no contexto da elastoplasticidade e considerando a interação entre o concreto e as armaduras é apresentado e incorporado em um código numérico em elementos finitos. Em uma escala macroscópica o meio multifásico é tomado como a superposição geométrica de meios contínuos em interação mútua, chamados de fase matriz e fase reforço. Cada fase possui cinemáticas distintas oferecendo, desta forma, um arcabouço adequado para levar em conta o deslizamento das barras de aço em relação à matriz de concreto. As equações de movimento são desenvolvidas com a aplicação do método dos trabalhos virtuais. A evolução elastoplástica é obtida a partir da avaliação de um critério próprio para cada constituinte e para interação, computando as tensões parciais correspondentes e obtendo um comportamento desacoplado por fase. A resistência do concreto em um estado de tensões multiaxial é estimada a partir do critério de falha de Ottosen e a fissuração do concreto é representada utilizando um modelo de fissuras distribuídas. Utilizando uma implementação tridimensional em elementos finitos, a ferramenta numérica desenvolvida é aplicada para analisar vigas e lajes sob carregamento prescrito e uma boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais é obtida. Ao final é apresentado uma análise de ensaio de arrancamento onde o principal objetivo é a investigação dos parâmetros relevantes que controlam a lei de interação entre o concreto e as barras de aço. / Predicting the behavior of reinforced materials from the knowledge of the individual properties of its components has been a subject of several experimental and theoretical works in recent years. In this work, a multiphase model for assessing the macroscopic behavior of reinforced concrete structures in the context of elastoplasticity and accounting for the interaction between the reinforcing bars and the surrounding concrete is presented and implemented in a finite element numerical code. Considering a macroscopic scale, the multiphase model is regarded as superposition of several continua in mutual interaction, namely matrix phase and reinforcement phase. For each phase different kinematics are attributed providing a suitable framework to consider the slippage between the matrix and the reinforcement. The general equations of motion are derived by means of the virtual work method. The elastoplastic evolution is carried out considering each phase and the interaction separately, computing the corresponding partial stresses and projecting onto the yield domain of the multiphase medium. The strength of concrete under multiaxial states of stress is estimated from the so-called Ottosen failure criterion and the concrete cracking issue is accounted with a smeared crack model. Using a three-dimensional finite element implementation, the numerical tool developed is applied to analyze reinforced concrete beams and slabs under prescribed loading and a good agreement between numerical and experimental results is obtained. Finally, the investigation of the main parameters that govern the interaction law of concrete and reinforcing bars has been the central purpose of the pullout tests simulations.

A transferência de tensões por aderência entre o concreto e as barras de aço da armadura, em peças de concreto armado, é um fenômeno complexo e influenciado por vários fatores. Muitos estudos têm sido desenvolvidos ao longo dos anos em relação a este assunto, porém poucos modelos são capazes de reproduzir de forma satisfatória o fenômeno físico. Neste trabalho, para a representação do fenômeno da aderência, é proposto um modelo de interface bidimensional, onde ambos o concreto e a armadura são tratados como contínuos, e a interação mecânica entre os materiais é levada em conta indiretamente através de uma homogeneização da interface. Utilizando a teoria elasto-plástica, superfícies de ruptura são explicitamente definidas para representar os modos de falha da aderência (arrancamento, fendilhamento, e escoamento do aço). Assim, a relação tensão de aderência x escorregamento é obtida automaticamente como resultado da análise, ao invés de ser um dado de entrada, como nos modelos usuais. A degradação da aderência é definida em função do espaçamento entre as nervuras e, assim, o modelo pode ser aplicado para barras de diferentes diâmetros. Além disso, para a correta caracterização da ruptura por fendilhamento, as tensões de aderência são consideradas dependentes também das condições do concreto no entorno da barra, tornando a formulação da interface não-local. Com esta abordagem, é possível reproduzir o efeito da presença de confinamento externo no mecanismo de aderência de forma satisfatória. Como resultado, com poucos parâmetros de entrada, o modelo é capaz de capturar a transição entre os modos de falha da aderência, com a vantagem de permitir um melhor entendimento do processo de falha sem a discretização explicita das nervuras. Para a representação da fissuração macroscópica do concreto, um modelo de fratura discreta foi implementado, o qual tem a vantagem de permitir uma reprodução mais detalhada do processo de falha no concreto armado do que modelos de fissura distribuídas. O modelo foi implementado no Método dos Elementos Finitos e os resultados numéricos mostram que o mesmo é capaz de capturar de forma satisfatória os modos de falha da aderência. / The bond mechanism between deformed bars and concrete is a complex phenomenon, influenced by many parameters. Many models have been developed over the years regarding this subject, but only a few have satisfactorily reproduced the physical phenomenon. In this work, to simulate the bond behavior, we propose a two-dimensional interface model where both concrete and steel are treated as continuous and the mechanical interlocking between the two materials is indirectly taken into account through a homogenization scheme. Employing the elasto-plastic constitutive model, yield surfaces are explicitly defined to represent the splitting and pullout failures. Consequently, the bond-slip relationship is obtained through analysis, rather than being input to the model. Damage in the interface is defined as a function of the rib spacing, so the model can be applied to di erent bar diameters. In order to capture the degradation of the bond due to the splitting of cracks along the axis of the bar, a non-local correction is introduced. This process is non-local in the sense that bond stresses at one particular point of the interface is, in fact, dependent of the conditions of the concrete surrounding the bar. Employing this approach, it is also possible to reproduce the confinement effect of the surrounding structure satisfactorily. The model is able to capture the transition from splitting, to pull-out, and to yielding of steel with the same set of pre-defined interface parameters, which demonstrates the predictive character of the model. The model is also coupled with a discrete fracture model in order to capture the development of primary cracks. Comparisons with experiments show a good agreement in all cases.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-08-23T15:49:43Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3691268 bytes, checksum: a4bb2392b48696aba96778b0da2f1ae5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T15:49:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3691268 bytes, checksum: a4bb2392b48696aba96778b0da2f1ae5 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / A deterioração de uma estrutura de concreto armado causa a redução da rigidez dos elementos estruturais e, por consequência, modifica sua frequência natural. A partir da frequência natural é possível estimar a rigidez residual de um elemento estrutural. Neste trabalho avalia-se o comportamento estrutural de vigas de concreto armado submetidas a degradação mecânica da rigidez, com auxilio das características dinâmicas. Para o desenvolvimento do programa experimental foram utilizados 36 modelos de viga de concreto armado, nos quais buscou-se variar as características mecânicas do concreto e a taxa de armadura. A fim de promover a degradação da rigidez das vigas de concreto armado os modelos experimentais foram submetidos a ensaios de flexão até alcançar uma carga próxima ao colapso. Para diversos estágios de carga do ensaio de flexão foi obtida a frequência fundamental da viga por meio de um ensaio para determinação das características dinâmicas. Para efeitos de comparação de resultados, os modelos de viga foram simulados com auxílio do programa computacional Deforme v3.02-c1 e por meio de um modelo analítico. Com base nos resultados obtidos conclui-se que o procedimento para estimativa de flechas a partir da características dinâmicas descreve de forma adequada os fenômenos que ocorrem em uma viga de concreto armado submetida à flexão simples, como por exemplo efeito de Tension Stzjjºening. Outro aspecto importante de se destacar é que para a faixa de serviço os elementos apresentaram cerca de 70% a 80% de sua rigidez inicial. Para cargas próximas ao colapso, as vigas ainda conservaram uma parcela significativa de sua rigidez, que varia entre 50% e 60% de sua rigidez inicial. De uma forma mais ampla, concluiu-se que a estimativa da rigidez residual e de flechas de vigas de concreto armado por meio de sua frequência fundamental, mostra-se como uma metodologia adequada para avaliação da integridade destes elementos. / The deterioration of the structure of reinforced concrete beams causes a reduction of the structural stiffness which consequently brings about modifications in their natural frequency. From the natural frequency, it is possible to estimate the residual stiffness of a structural element. The aim of this work is to assess the structural behavior of reinforced concrete beams subjected to the stiffness degradation, by using the dynamic characteristcs. Regarding the development of the experimental program, 36 models of reinforced concrete beam were used so that different behaviors of the mechanical characteristics of the concrete and the reinforcement ratio could be assessed. In order to promote the stiffness degradation of the reinforced concrete beams, the experimental models were subjected to bending tests until reaching a load close to collapse. ln respect to the different loading stages of the flexural test, the fundamental frequency of the beam was obtained by means of a test to determine the dynamic characteristics. For comparison purposes, the beam models were simulated using the Deforme v3.02-c1 software and an analytical model. By taking into account the obtained results, it is possible to conclude that the procedure for estirnating the deflection from the dynamic characteristics accurately describes the phenomena that occur in a reinforced concrete beam subjected to simple bending, as for instance the Tension Stiffening effect. An important point to be detached is that for the service range, the elements presented about 70% to 80% of their initial stiffness. For loads close to collapse, the beams retained a significant portion of their stiffness, ranging from 50% to 60% of their initial stiffness. In a more comprehensive manner, it was concluded that the estimation of the residual stiffness and the deflection of reinforced concrete beams, by means of their fundamental frequency, is shown as an adequate methodology to assess the integrity of these elements.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-02-19T12:34:07Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3147094 bytes, checksum: 33519e552949642b7c5fa4dbfa2c8fbc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-19T12:34:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3147094 bytes, checksum: 33519e552949642b7c5fa4dbfa2c8fbc (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / O mercado oferece diversos tipos de produtos para recuperação de estruturas. Devido aos diferentes tipos de problemas patológicos, tipos de substrato e condições ambientais, nem sempre é possível encontrar um produto que atenda a todas as exigências técnicas concomitantemente. O concreto de pós reativos (CPR) constitui-se uma boa opção como material de recuperação, por apresentar características como baixa permeabilidade e elevada resistência mecânica. O objetivo deste trabalho foi avaliar a resistência de aderência do CPR ao concreto convencional, com vistas a examinar seu potencial de uso como material de reparo estrutural. Como parte do programa experimental desenvolvido, foi realizada a caracterização dos materiais utilizados na produção dos concretos e argamassas de reparo selecionadas para o estudo. Em seguida foram definidos os traços utilizados para a produção do concreto base, do CPR e da argamassa de reparo com aditivo expansor (ARE) e foi realizada a caracterização desses materiais no estado fresco e endurecido. Para efeitos de comparação, os corpos de prova foram reparados com CPR, a argamassa ARE e duas argamassas industrializadas (ARQ e ARZ). Foram realizados ensaios de avaliação da resistência de aderência com a devida caracterização do método de preparo das superfícies e dos procedimentos de reparação e cura dos corpos de prova. De acordo com os resultados, o CPR apresentou a menor absorção de água entre os materiais estudados. Este é um comportamento desejável para um bom material de reparo, tendo em vista que a absorção está intimamente ligada à durabilidade do material. Quanto à estabilidade dimensional, observou-se que para as primeiras horas o CPR apresentou uma retração maior do que as argamassas de reparo. Com base nos resultados dos ensaios de longa duração, observou-se também que o CPR se expandiu nas primeiras idades, enquanto que as argamassas de reparo industrializadas apresentaram um aumento significativo de retração ao longo do tempo. Quando à avaliação da resistência de aderência, de uma forma geral, para os diversos métodos utilizados o CPR apresentou um melhor desempenho quando comparado com os demais materiais de reparo estudados. Apesar da alta resistência à compressão e do elevado módulo de elasticidade, o CPR apresentou uma resistência de aderência igual ou superior às argamassas de reparo avaliadas, contrariando a ideia estabelecida no meio técnico de que o material de reparo não deve apresentar características mecânicas muito superiores ao do material de substrato. Os resultados alcançados indicam o bom potencial de uso do CPR como material de reparo estrutural. / The market offers several types of structures recovery products. Due to the distinct types of pathological problems, substrate types and environmental conditions, it is not always possible to find a product that meets wich comply with all the technical requirements concomitantly. Reactive Powder Concrete (RPC) is an appropriate choice as a recovery material because it presents characteristics such as low permeability and high mechanical resistance. The objective of this work study was to evaluate the adhesion strength of RPC to conventional concrete, in order to examine its potential of use as structural repair material. As part of the experimental program developed, was performed the characterization of the materials used in the production of concrete and repair mortars selected for the study was carried out. Then, the traces used to produce the base concrete, the RPC and the repair mortars with the expander additive (ARE) were defined and the characterization of these materials in the fresh and hardened state was also carried out characterized. For comparison purposes, the specimens were repaired with RPC, ARE mortars and two industrialized mortars (ARQ and ARZ). Adhesion strength tests were performed with proper characterization of the surface preparation method and the repair and curing procedures of the specimens. According to the results, RPC presented the lowest water absorption among the studied materials. This is a the desirable behavior for good repair material, since absorption is closely linked to the durability of the material. As for Concerning dimensional stability, it was observed that, for the first hours, the RPC presented a larger retraction than the repair mortars. Based on the results of the long-term tests, it was also observed that RPC expanded at the earliest ages, while industrialized repair mortars showed a significant increase of retraction over time. When evaluating the adhesion strength, in general, for the different methods used, the RPC presented a better performance when compared to the other repair materials studied. Despite the high compressive strength and the high modulus of elasticity, the RPC showed a resistance of adhesion equal to or greater than the repair mortars evaluated, contrary to the idea established in the technical environment that the repair material should not present mechanical characteristics much higher than the ones of the substrate material. The results indicate the good potential of using RPC as structural repair material.

Este trabalho versa sobre a implementação de um modelo computacional, através do método dos elementos finitos, utilizando a plataforma ANSYS, versão 14.5, para o estudo de estruturas de concreto armado e protendido, sob estados planos de tensão. A justificativa para a realização deste trabalho vem da importância do material concreto armado dentro da engenharia estrutural, o qual é objeto permanente de estudos por comportar-se de maneira extremamente complexa e apresentar resposta altamente não-linear, quando submetido a solicitações. A diferença entre a resistência à tração e à compressão, a não-linearidade da relação tensão-deformação, a fissuração, e os fenômenos relacionados ao tempo como fluência e retração do concreto, além da plastificação do aço e do concreto são as causas desta não-linearidade. O objetivo final deste trabalho é implementar dois procedimentos distintos no modelo computacional, baseados em um modelo elasto-viscoplástico. No primeiro, a resposta da estrutura é dada para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplástico. No segundo, a resposta da estrutura é dada ao longo do tempo, considerando, neste caso, que o material possui um comportamento viscoelástico. A representação do concreto fissurado é feita por um modelo de fissuras distribuídas, e as armaduras são introduzidas através de uma formulação incorporada. Para isto, inicialmente estudou-se as relações constitutivas de cada material, concreto e aço, a fim de melhor representá-los no modelo numérico. Para a representação das equações constitutivas, implementou-se um novo modelo de material com a ajuda da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features) do ANSYS, onde foram adicionadas novas sub-rotinas ao programa principal em linguagem FORTRAN. A implementação deste novo modelo possibilitou a utilização de elementos bidimensionais quadráticos de 8 nós (PLANE183) com armadura incorporada (REINF263), tornando a solução do problema muito mais rápida e eficaz. Para validar as sub-rotinas acrescentadas ao sistema, foi feita uma comparação dos resultados numéricos com os valores experimentais disponíveis na literatura técnica, a qual apresentou resultados satisfatórios. / This work presents the development of a computational model, based on the finite element method, through the ANSYS platform, version 14.5, for the study of reinforced and prestressed concrete structures, under plane stress states. This work is justified by the importance of reinforced concrete material in the structural engineering, which is subject of ongoing studies due to the very complex behavior when subjected to requests. The difference between the tension and compression strength, the nonlinearity of the stress-strain relation, the cracking, and phenomena related to time as creep and shrinkage of concrete, beyond the plasticity of steel and concrete are the causes of this nonlinearity. The ultimate goal of this work is to implement two different procedures in the computational model, based on an elasto-viscoplastic model. At the first, the response of the structure is given for an instantaneous loading, considering the material with an elastoplastic behavior. At the second, the response of the structure is given over time, considering, in this case, that the material has a viscoelastic behavior. A distributed cracking model makes the representation of the cracked concrete and the reinforcement is introduced through an embedded formulation. Initially, the constitutive relations of each constituent material were studied, in order to best represent them in the numerical model. For the representation of the constitutive equations of concrete and steel, it was implemented a new model of material with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features) of ANSYS, where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The implementation of this new model enabled the use of two-dimensional quadratic elements of 8 nodes (PLANE183) with embedded reinforcement (REINF263), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, numerical results have been compared to experimental values available on technical literature, which have shown satisfactory results.

A protensão não-aderente caracteriza-se pela liberdade de deslocamento relativo entre o cabo de protensão e a fibra de concreto adjacente. A tensão na armadura de protensão no estado limite último é de difícil obtenção, não sendo dependente apenas das deformações em uma determinada seção transversal, mas sendo função de todas as deformações que ocorrem no concreto adjacente ao perfil de protensão. Para que seja obtida a tensão última, é necessária a integração das curvaturas ao longo de todo o elemento a fim de se obter o alongamento no cabo de protensão, o que se consegue com precisão apenas recorrendo-se a ferramentas numéricas, devido às não-linearidades físicas envolvidas no problema. O método construtivo com protensão não aderente vem sendo cada vez mais utilizado na execução de edifícios no Brasil. O principal sistema de protensão não aderente é o que utiliza a mono-cordoalha engraxada e plastificada, que alia os benefícios da protensão e a simplicidade necessária às obras moldadas no local. Apesar disso, não há no Brasil um volume de pesquisa sobre o comportamento dos elementos com protensão não aderente, compatível com a demanda da indústria da construção civil. Visando contribuir para o desenvolvimento das formulações nacionais de projeto dos elementos com protensão não aderente, o presente trabalho é a continuação de uma pesquisa que vem sendo realizada no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil – PPGEC/UFRGS, a qual foi iniciada com a implementação de um modelo numérico capaz de analisar elementos com protensão não aderente e seguida de uma análise paramétrica sobre as principais variáveis que influenciam na tensão última na armadura de protensão. O trabalho que ora se apresenta traçou uma correlação entre os resultados não-aderentes obtidos da análise paramétrica com resultados aderentes, os quais são de mais fácil obtenção, pois se baseiam na compatibilidade de deformações na seção transversal. Foram feitas análises numéricas e analíticas com aderência dos mesmos protótipos estudados anteriormente sem aderência. Os resultados obtidos mostraram incrementos de tensão maiores no caso aderente, bem como maiores capacidades portantes. Estudou-se também uma metodologia capaz de computar a tensão última na armadura não aderente com análises do tipo compatibilidade de deformações, com a utilização de um coeficiente Lo/L redutor de aderência. Os resultados iniciais mostraram-se bons para carregamento nos terços, mas insatisfatórios para carregamentos distribuído e concentrado. Através de um ajuste no coeficiente Lo/L baseando-se nos dados da pesquisa precedente, bons resultados foram obtidos para todos os tipos de carregamento. A metodologia apresentada foi validada pela comparação com diferentes protótipos analisados numericamente, bem como protótipos ensaiados experimentalmente por diversos autores. / Unbonded post-tensioning is characterized for allowing relative displacement between the tendon and the concrete adjacent fiber. The ultimate stress in the unbonded tendon is difficult to be obtained, because it is not only dependent on the deformed shape of a cross section, but on the whole deformations occurring in the tendon profile adjacent concrete. To evaluate this ultimate stress, it is necessary to integrate all curvatures along the whole element, in order to obtain the total tendon elongation. This can only be precisely obtained using numerical tools, due to the non-linear factors involved in the problem. Unbonded post-tensioning is becoming ever more used in Brazilian building construction. The main unbonded post-tensioning system uses the unbonded mono-strand, that joins the benefits of prestressing with the necessary building simplicity. Nevertheless, there is no research effort in Brazil compatible with the construction industry demand. This study seeks to contribute to the development of the national formulations design of unbonded posttensioning elements. This work is a continuation of a research being undertaken at PPGEC/UFRGS. A numerical model able to determine the behavior of unbonded posttensioned elements was first developed, followed by a parametric study about the main parameters influencing the ultimate stress in unbonded tendons. The present work traced a correlation between the results for unbonded elements, obtained from the parametric analysis, with results for bonded elements. The latter are easily obtained, because they are based on the compatibility of strains in the cross section. Numerical and analytical calculations were performed for the same prototypes studied in the previous research, but now considering the existence of bond in the tendons. The results showed greater increments in stress for the bonded cases and also greater ultimate resistance. It was also devised a calculation method able to determine the ultimate stress in the unbonded tendon using an analysis similar to strain compatibility, but with a reduction bond coefficient Lo/L. The initial results obtained for a third-point loading showed a good agreement, but that not happened for the results of distributed and concentrated loads. However, by an adjustment of the Lo/L coefficient, based on the data of the previous research, good agreement was observed for all loading types. The presented methodology was validated by comparing results with other prototypes analyzed by the numerical model, and also results of experimental studies carried out by several authors.

Este trabalho versa sobre o desenvolvimento de rotinas computacionais para o projeto automático de estruturas de concreto submetidas à protensão aderente e não aderente, conforme recomendações das normas brasileira [NBR6118:2007] e francesa [Règles BPEL 91]. A justificativa da realização deste trabalho vem da crescente utilização da protensão no Brasil, devido principalmente a suas vantagens construtivas, à redução na incidência de fissuras e na dimensão das peças com o emprego eficiente de materiais de maior resistência. Visando contribuir para o desenvolvimento científico nacional, o presente trabalho dá continuidade a uma linha de pesquisa que vem sendo desenvolvida no Programa de Pós- Graduação em Engenharia Civil – PPGEC/UFRGS, a qual foi iniciada com a implementação de um modelo numérico, baseado na formulação do elemento finito do tipo híbrido para pórticos planos, que faz a análise quanto à flexão de seções com protensão aderente e não aderente. A partir deste elemento finito, torna-se possível a utilização de elementos longos, de maneira que um único elemento finito possa ser utilizado para um vão de viga ou pilar, reduzindo, assim, o esforço computacional. O modelo numérico considera a não linearidade geométrica, carregamentos cíclicos e construção composta, levando em conta a concretagem por fases. Relações constitutivas já consolidadas na literatura são empregadas para os materiais, sendo que a cadeia de Maxwell é utilizada para representar o comportamento reológico do concreto e do aço de protensão, respeitando as características de cada material. Realizou-se, ainda, um estudo das variáveis necessárias na implementação do modelo numérico a fim de desenvolver uma interface gráfica amigável com a ajuda do software Microsoft Visual Basic 2008 Express Edition, disponível gratuitamente na internet, facilitando, desta forma, a entrada de dados. As rotinas computacionais implementadas efetuam a verificação dos estados limites de serviço e últimos, complementando o modelo numérico original. São consideradas as situações de protensão completa, limitada e parcial e verificados conforme cada caso, os estados limites de descompressão, de formação e de abertura das fissuras, além dos estados limites últimos finais, no ato da protensão e a verificação do esforço cortante. São apresentadas comparações entre situações de projeto conforme as normas brasileira e francesa, analisando de forma crítica os resultados obtidos. De um modo geral, observou-se que as verificações feitas pela norma francesa apresentaram resultados mais conservadores. Ao longo deste trabalho, buscou-se, como objetivo principal, tornar o programa computacional operacional para a realização de projetos. / This work presents the development of computational algorithms for the automatic design of concrete structures subjected to bonded and unbonded prestressing, according to the Brazilian [NBR6118:2007] and French [Règles BPEL 91] code specifications. The study is justified by the increased use of prestressing in Brazil, due to its many constructive advantages, like reduction in crack incidence and decrease in section dimensions, with the efficient use of higher resistance materials. It is part of a major research developed in the Graduate Program in Civil Engineering - PPGEC/UFRGS, started with the implementation of a numerical model based on the formulation of a hybrid type finite element for prestressed plane frames. Such model, makes possible the use long elements, so that a single finite element can be used for modeling a beam or column, therefore improving computational efficiency. The numerical model considers geometric nonlinearity, cyclic loading and composite construction, allowing different constructive stages. Well established constitutive relations are used for representing material behavior and the Maxwell chain model is used for both concrete and prestressing steel time-dependent responses. A study on the variables needed to implement the numerical model was performed, in order to develop a friendly graphical interface, with the help of Microsoft Visual Basic 2008 Express Edition, a free software that facilitates data acquisition. The implemented computational algorithm performs the verification of the Serviceability Limit States and the Ultimate Limit State, with a view to complementing the original numerical model. Full, partial and limited prestressing situations are considered and checked and, in each case, the Limit State of Decompression, the Limit State of Cracking, the Ultimate Limit State, the final act of prestressing and the Shear Strength are verified. Comparison between design situations according to the Brazilian and French code specifications are presented. In general, it was observed that verifications of the French code were more conservative. This work was focused on the main objective to make the computer program operational for structural design.

O concreto armado é um material de alta relevância para a construção civil e o aprimoramento das técnicas de análise estrutural possibilitam a elaboração de projetos mais realistas. Dentre os aprimoramentos, pode-se citar o incremento preciso de informações referentes às questões de envelhecimento, levando-se em conta, desta forma, fenômenos como fluência e retração relacionados com a idade do material no momento da aplicação das cargas. A análise de estruturas de cascas é altamente complexa e o incremento de deformações devido ao comportamento diferido pode resultar em conformações divergentes às obtidas pelas análises instantâneas, sendo bastante relevante ao campo da engenharia estrutural. Assim, este trabalho apresenta um modelo numérico computacional, com base no método dos elementos finitos, para análise diferida e não linear física e geométrica de cascas de concreto armado. Com esta finalidade, elementos de casca laminares, segundo uma formulação isoparamétrica Lagrangeana, foram implementados para representar o concreto. Para as armaduras, implementações dos modelos incorporado e distribuído foram realizadas. Na análise do concreto submetido a cargas instantâneas um modelo elastoplástico é admitido. Para a análise diferida, modelos Kelvin e Maxwell generalizados foram implementados, calibrados para o uso em estruturas de concreto e comparados entre si. A formulação geral inclui ainda os efeitos da fissuração no concreto e é válida nos campos dos grandes deslocamentos e pequenas deformações. Os resultados obtidos foram satisfatórios, para todos os modelos implementados, quando comparados com dados experimentais. / The reinforced concrete is a high relevance material to the civil construction and improvements of structural analysis tools result in more realistic projects. Increment of information about the aging material as creep and shrinkage are some of these improvements possibilities. The analysis of shell structures is complex and the assumption of long term analysis could result in a different deformed shape when compared with an instantaneous analysis, being very important to structural engineering. Thus, a numeric computational model, based on finite element method, aiming long term and nonlinear analysis of reinforced concrete shells is presented in this work. Degenerated shell elements, according a Lagrangean isoparametric formulation, were implemented. Smeared and embedded models to the reinforcement representation were incorporated. For instantaneous analysis an elastoplastic model has been admitted, while for long term analysis, viscoelasticity based on generalized Kelvin chain and generalized Maxwell chain have been proposed. These chains were calibrated for use in concrete structures and compared between each other. The general formulation includes cracking effects and it can be applied to large displacements and small deformations. The software has presented good agreement with experimental results.