Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Civil - Especialização em Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLTK.pdf: 2856762 bytes, checksum: 2e033050210329ea29ab2c4589499f22 (MD5) Previous issue date: 2005-03-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / This research deals with the experimental investigation of time dependent deformations in partially precast floors with composite beam-and-block floor systems made with reinforced concrete lattice joist through the measurement of deflections of prototypes with real dimensions. It is a continuation of several researches of composite beam-and-block floor systems done in Universidade Federal de São Carlos. Besides the accompanied measurement deflections of four already existents prototypes, with ages of three and a half years, it was studied eight new prototypes built in pairs. Four prototypes are localized in an acclimatized room in other to keep the values of temperature and humidity constant, and the other four prototypes, with identical characteristics, localized inside of a covered area where the temperature and humidity vary. The climatic variations were measured and analyzed in the evaluation of time dependent deformation. In the new prototypes the strain were also accompanied in the concrete and in the reinforcement, as well as their influences in time dependent deformation. Simultaneously to the experimental study, models for predicting creep are tested for prediction of deflections along the time, including the new version of Brazilian Code for Structural Concrete (NBR6118:2003). The research also establishes the ratio of long-term deflections (infinite) to the instantaneous deformation and it evaluates how the deformation develops in composite beamand- block floor systems of different supports, wherein statically and hyperstatically structures were studied. As a conclusion in this research, conforming in others already done by the study group, it has been found the results give strongly indication that the composite beam-and-block floor systems deformations are a decisive factor in design and that the shrinkage of the concrete increases this effect. / Esta pesquisa visa determinar experimentalmente a evolução da deformação ao longo do tempo de lajes com vigotas pré-moldadas unidirecionais de concreto através da medição de flechas de protótipos com dimensões reais. Trata-se de uma continuação dos estudos de sistemas estruturais de lajes pré-moldadas realizados na Universidade Federal de São Carlos. Além de prosseguir o acompanhamento de quatro protótipos já existentes, com idades de três anos e meio, são estudados oito novos protótipos construídos aos pares. Quatro protótipos estão localizados em uma sala climatizada, de maneira que se mantenha o valor constante tanto de temperatura como de umidade e outros quatros protótipos, com características idênticas, estão localizados dentro de área coberta em que tanto a temperatura e quanto a umidade variam. As variações climáticas são medidas e analisadas na avaliação das flechas ao longo do tempo para lajes pré-moldadas. Nestes novos protótipos também são acompanhadas as variações de deformações no concreto e na armadura, assim como suas influências nas deformações ao longo do tempo. Simultaneamente ao estudo experimental, são testados modelos para avaliação da flecha ao longo do tempo, inclusive os contidos na nova versão da NBBR6118:2003. O projeto também estabelece uma relação entre a deformação ao longo tempo (infinito) com a deformação imediata e avalia como evolui a deformação em peças com taxa de armadura e condições de apoio diferentes. Estudam-se peças simplesmente apoiadas e contínuas. Nesta pesquisa, assim como em outros trabalhos do grupo já realizados, fica confirmado que a deformação da peça é um fator determinante no dimensionamento da peça e que a fissuração do concreto amplia este efeito.

Com o avanço tecnológico dos computadores e o desenvolvimento de soluções para problemas não lineares através do método dos elementos finitos, hoje é possível fazer uma análise mais complexa e mais próxima da realidade. É de extrema importância à verificação dos resultados obtidos pelos programas com a realidade e saber em quais casos esses modelos podem ser aplicados. Assim, o objetivo deste trabalho é discutir as vantagens e desvantagens da modelagem de estruturas de concreto armado em duas e três dimensões, através dos modelos de fissuras distribuídas. Foram escolhidos três experimentos para a modelagem numérica: o primeiro trata-se de um experimento com uma viga de concreto armado (LEONHARDT; WALTHER, 1962), o segundo experimento também é realizado com uma viga de concreto armado (BRESLER; SCORDELIS, 1963) e o terceiro experimento utiliza vigas de concreto armado em escala reduzida, fabricadas com microconcreto e arame, simulando uma barra de aço lisa (ALMEIDA et al, 2006). Para a modelagem numérica, utilizando-se o modelo de fissuras distribuídas com fissura rotacional e a análise das estruturas de concreto foi escolhido o programa comercial ATENA - \"Advanced Tool Engineering Non-linear Analysis\". / The technological advancement of computers and the development of solutions for nonlinear problems by finite element method are now possible to make more complex the analysis and closer to reality. It is extremely important to verify the results obtained by programs with reality and know which cases these models can be applied. So the objective is to discuss the advantages and disadvantages of modeling reinforced concrete structures in two and three dimensions, through the smeared cracking models. Three experiments were chosen to make the numerical modeling: the first is an experiment with a reinforced concrete beam (LEONHARDT; WALTHER, 1962), the second experiment is also a reinforced concrete beam (BRESLER; SCORDELIS, 1963) and the third experiment is reinforced concrete beams with small-scale and made of wire microconcrete simulating flat steel bar (ALMEIDA et al, 2006). For numerical modeling, using the smeared crack model with rotational crack, and analysis of concrete structures was chosen the commercial program ATENA - Advanced Tool Engineering Non-linear Analysis.

Este trabalho apresenta uma análise teórica e experimental do desempenho de vigas de concreto armado com telas soldadas com relação à resistência, à força cortante e ao controle da fissuração. O programa experimental englobou cinco séries de vigas com variação dos seguintes parâmetros: largura e altura das vigas, taxa de armadura transversal, taxa de armadura lateral e tipo de ancoragem dos fios verticais da tela no bordo comprimido da viga. Os modelos experimentais foram constituídos por doze vigas VQ (15 x 40 x 305), relação a/d= 2,78 e sete vigas VS (20 x 70 x 540), a/d= 2,66, ambas com seção T (bf = 50 cm e hf = 10 cm). O esquema de ensaio foi de uma viga simplesmente apoiada, com duas forças concentradas aplicadas. A formulação proposta, elaborada com base na teoria do cisalhamento-atrito, considerando a contribuição da armadura lateral na resistência à força cortante, foi analisada mediante os resultados obtidos nos ensaios. Analisaram-se também as aberturas das fissuras de cisalhamento na alma. A contribuição da armadura lateral da tela soldada deve-se à alteração em dois mecanismos resistentes alternativos: aumento da parcela de engrenamento dos agregados afetada pelas menores aberturas das fissuras de cisalhamento na alma e pelo efeito de pino dos fios da armadura lateral nos pontos em que são interceptados pelas fissuras diagonais. De modo geral, as vigas armadas com telas soldadas apresentaram menores aberturas de fissuras de cisalhamento na alma, um panorama de fissuração mais sistemático e maior reserva de resistência nas proximidades do colapso. / This work presents a theoretical-experimental analysis of performance shear design and cracking control in reinforced concrete beams with welded wire mesh. The experimental program consisted of five series of beams with variation of the following parameters: width and depth of the beam, transversal reinforcement ratio, lateral reinforcement ratio and type of stirrup anchorage in beam compression zone. The tested specimens comprised of twelve beams VQ (15 x 40 x 305), shear span-to-depth a/d= 2,78 and seven beams VS (20 x 70 x 540), a/d= 2,66, both with T transversal section (bf = 50 cm e hf = 10 cm). The test setup was a simply supported beam, with two concentrated forces applied. The proposed model was based on shear friction, which took account of the lateral reinforcement contribution on shear design. This model was compared with the test results. It was also studied the shear crack widths on the web beam. The lateral reinforcement contribution is provided by two alternative strength mechanisms: the increasing of portion agreggate interlock affected by smaller diagonal crack widths and the dowel effect of lateral reinforcement wires intercepted by diagonal plane failure. Generally, the welded wire fabric beams presented smaller inclined shear cracks, a better cracking configuration and higher strength reserve close to colapse.

A durabilidade das estruturas de concreto tem se tornado um assunto de interesse mundial nas últimas duas décadas. Os custos econômicos associados a reparos de estruturas de concreto são cada vez maiores, e cada vez mais a incidência de insucessos nessas intervenções corretivas que não resultam adequadas é reportada. No Brasil a técnica de intervenção corretiva mais utilizada é a de reparos localizados com argamassas base cimento modificadas com polímeros. Uma das patologias mais comumente apresentada quando do uso deste tipo de intervenção é a fissuração associada à retração. O presente trabalho pretende avaliar a influência das variáveis mais importantes e até de alguns parâmetros de dosagem, na fissuração devido à retração de argamassas de reparo. Para tal foi estudada uma família de argamassas com mesma consistência de traços 1:1,0, 1:1,5, 1:2,2 e 1:3,0; utilizando para estas um teor fixo de polímero e de aditivo superplastificante com relação à massa do cimento. Foram também avaliadas três argamassas de base cimento modificadas com polímeros disponíveis no país e comercializadas para o reparo de estruturas de concreto, de modo a classificar e comparar estas quanto à fissuração, em relação àquelas dosadas em laboratório. Para avaliar a tendência à fissuração das argamassas foram realizados ensaios de retração potencial livre, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade e retração restringida. Os resultados obtidos mostram que o modelo εj - ftj/Ecj conseguiu acusar a fissuração das argamassas que realmente fissuraram no ensaio de retração restringida. Esse modelo considera todas as variáveis influentes na fissuração medidas no programa experimental. Verificou-se também que para um estudo mais simplificado pode ser utilizado um modelo que considera apenas a retração livre, porém este se coloca sempre a favor da segurança. Para argamassas de uma mesma família pode-se dizer que há um traço que apresenta a menor tendência à fissuração. / The durability of concrete structures has become an issue of interest worldwide especially during the last two decades. The expenditures associated to the repair and rehabilitation of concrete structures is becoming increasingly higher, and the amount of unsucceeded repairs on concrete structures has been reported as unacceptable. In Brazil, patch repair with cement-based polymer modified mortars is the most widely technique used. One of the main causes of distress when using this type of repair has been found to be shrinkage cracking. The target of this research is to evaluate the effect of some significant properties and also some mix-design parameters on the cracking potential due to shrinkage of repair mortars. Therefore, a family of mortars with the same consistency with cement:sand proportions of 1:1,0, 1:1,5, 1:2,2 and 1:3,0; with a constant polymer and superplasticizer content related to the cement weight. Also, three industrialized polymer modified repair mortars from different manufacturers were evaluated, thus allowing classifying and comparing their cracking potential with the laboratory prepared mortars. For evaluating the cracking potential of the mortars the following tests were selected, free-shrinkage, flexural strength, elasticity modulus and restrained shrinkage. The results obtained show that the model εj - ftj/Ecj was able to distinguish the mortars that cracked during the restrained shrinkage testing from the mortars that did not crack. This model considers all of the variables measured during the experimental program affecting shrinkage related cracking. It was also verified that a more simplified study can considering only the free-shrinkage of the mortars can be applied; being that this model will always be in favor of security. For mortars of a same family it can be concluded that there is one mix-proportion that will present the least cracking tendency.

O objetivo deste trabalho é controlar a incidência de fissuras em fibrocimentos aplicando o conceito de materiais com gradação funcional através da protensão química gerada pela aplicação de silicato de sódio alcalino entre as camadas dos fibrocimentos. Atualmente é bastante comum os fibrocimentos apresentarem fissuras ao longo das bordas devido aos gradientes de umidade gerados durante a estocagem das pilhas de telhas no pátio das indústrias. O potencial da protensão química foi avaliado através da porosidade total, da quantificação das fases hidratadas, da retração por secagem e do desempenho mecânico. A aplicação de silicato de sódio alcalino no ligante CPII F provocou retração por secagem 1,5 vezes maior que a referência aos 91 dias. O módulo de ruptura (MOR) não sofreu alteração, mas o limite de proporcionalidade da matriz (LOP) aumentou em torno de 95%. O módulo de elasticidade dinâmico foi 13 % maior. O aumento da retração por secagem e o ganho de desempenho mecânico apontam o potencial da protensão química para o controle da fissuração em fibrocimentos produzidos pelo processo Hatschek. / The objective of this work is controlling the incidence of cracks in fiber cement, using the concept of functionally graded materials through the chemical prestressing, generated by application of alkaline sodium silicate among fiber cement layers. Currently, its very common the fiber cements present cracks along the edges due to moisture gradients, caused during storage of piles of tiles in the courtyard of the industry. The chemical prestressing potential was evaluated through of the total porosity, the quantification of hydrate phases, the drying shrinkage and the mechanical performance. The application of alkaline sodium silicate in the cement CPII F caused drying shrinkage 1,5 times greater than the reference to 91 days. The modulus of rupture (MOR) didnt suffer change, but the proportional limit of matrix (LOP) increased by around 95%. The dynamic modulus of elasticity was 13% higher. The increase of drying shrinkage and the mechanical performance gain indicate the chemical prestressing potential to control the cracking in fiber cement produced by the process Hatschek.

O pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) é caracterizado pela presença de uma alta taxa de armadura longitudinal localizada acima do meio da placa; essa armadura possibilita ao pavimento uma placa de concreto sem juntas. Diferentemente do pavimento de concreto simples, no PCCA não há uma indução da fissuração; as fissuras ocorrem de maneira aleatória, porém são mantidas fortemente apertadas pela armadura longitudinal proporcionando uma estrutura de alta durabilidade exigindo o mínimo de manutenção. Perante tais benefícios, decidiu-se construir quatro seções experimentais deste pavimento no campus da Universidade de São Paulo. A maior diferença entre o PCCA experimental e aqueles encontrados na literatura técnica é a extensão; com o intuito de simular uma parada de ônibus, cada seção possui 50 metros de comprimento, curtas em comparação com os até 400 metros de comprimento encontrados em PCCA tradicionais. Para analisar o comportamento do pavimento foram esquematizados três estudos de desempenho: levantamentos de fissuras; testes de deformação com provas de carga dinâmicas (PCD) com um caminhão carregado; e testes de deflexões com o Falling Weight Deflectometer (FWD). A análise da fissuração mostra um comportamento bastante distinto daquele encontrado em PCCA tradicionais; a curta extensão, aliada à falta de ancoragem da placa, resultou em uma fissuração bastante tardia e em um elevado espaçamento entre fissuras. A seção 1, não apresenta, até esta data (dezembro de 2013), nenhuma fissura. A pouca fissuração sugeriu a hipótese de que as fissuras estariam invisíveis a olho nu em função do forte efeito de amarração das barras longitudinais. Entretanto, apesar de tais diferenças, o estudo das tensões através das deformações obtidas pelos strain gauges nas PCD apontam um desempenho estrutural adequado do pavimento; as tensões de tração na flexão resultaram em valores bastante inferiores à resistência do concreto, assegurando a qualidade da placa. Além destas afirmações, as PCD possibilitaram uma série de análises de tensões com configurações de carregamento diferentes. O estudo de deflexões mostrou que nas proximidades da borda longitudinal do pavimento, as deflexões são maiores devido à falta de ancoragem do sistema; no centro as deflexões foram típicas de pavimentos de concreto. A retroanálise das bacias de deflexão resultou em valores de módulo de elasticidade e módulo de reação do subleito baixos próximos à borda, reforçando o impacto da falta de ancoragem. A análise da eficiência de transferência de carga entre fissuras mostrou um desempenho altamente satisfatório de todas as fissuras, inclusive aquelas mais próximas das bordas, o que, novamente, certifica a integridade estrutural da placa. / The continuously reinforced concrete pavement (CRCP) is characterized by the presence of a high longitudinal reinforcement percentage located above the slabs middle; this steel allows a concrete slab without joints. Unlike jointed plain concrete pavements, the CRCP has no cracking induction; the cracks occur randomly, but are held strongly tight by the longitudinal steel, thus, providing a highly durable structure that requires minimal maintenance. Given these benefits, it was decided to build four experimental sections of this pavement on the University of São Paulo\'s campus. The biggest difference between the experimental CRCP and those found in the technical literature is the length; in order to simulate a bus stop, each section is 50 meters long, short compared to traditional PCCA up to 400 meters long. To analyze the behavior of the pavement, three performance studies were carried out: cracks surveys; strain tests with dynamic load tests (DLT) with a loaded truck; and Falling Weight Deflectometer (FWD) deflection testing. The analysis shows that the cracking pattern is quite distinct from that found in traditional PCCA, the short extension, coupled with the slabs lack of anchorage, resulted in a late cracking development and in large crack spacing. Section 1, has yet to develop any cracks. The low cracking suggested the hypothesis that the cracks were invisible to the naked eye due to the longitudinal bars strong binding effect. However, despite these differences, the stress study through strains obtained by strain gauges in DLT indicate an appropriate structural performance of the pavement, the flexural tensile stresses resulted in values well below the concretes strength, ensuring the slabs quality. Also, the DLT enable a series of stresses analysis with different load configurations. The deflection study showed that in the longitudinal edges vicinity, deflections are higher due to lack of any anchorage system; the center deflections are typical concrete pavement ones. The deflection basins backcalculation resulted in values of elasticity modulus of concrete and modulus of subgrade reaction lower near the edge, reinforcing the impact of the lack of anchorage. The analysis of the load transfer efficiency across cracks showed highly satisfactory performance of all cracks, including those nearest to the edge, which certifies the structural integrity of the slab.

A verificação ao cisalhamento de vigas de concreto armado é realizada, geralmente, assumindo sua independência do comportamento à flexão. Dentre os mecanismos que influenciam na resistência à força cortante, a força cortante transmitida pelo banzo comprimido da viga e o engrenamento de agregados são os mais abordados em pesquisas nos ultimos anos. Ambos dependem do nível de tensões normais atuante na seção do elemento. Sendo assim, o comportamento ao cisalhamento fica evidentemente dependente do comportamento à flexão e de como o concreto se comporta à tração e à compressão. Para melhor entender este comportamento, este trabalho compreendeu duas frentes de análise: experimental e numérica. Ensaios de tirantes foram realizados no intuito de avaliar o enrijecimento à tração do concreto com fibras. Além disso, ensaios de flexão em três pontos em prismas de 15cm x 15cm x 50 cm foram feitos para avaliar o comportamento pós-pico à tração do concreto. Ensaios de compressão em cilindros de concreto 10×20cm foram realizados de maneira a apontar estimativas para a energia de fratura à compressão e o comportamento pós-pico do concreto com diferentes taxas volumétricas de fibras. Seguindo os resultados experimentais, simulações numéricas dos ensaios de flexão em três pontos e dos ensaios de compressão foram desenvolvidas com o intuito de melhorar o entendimento dos ensaios realizados. Estes estudos aperfeiçoaram primordialmente os conhecimentos do comportamento do concreto à tração e compressão pós-fissuração. Foram ensaiadas nove vigas de concreto armado variando volume de fibras e a relação entre a distância da carga até o apoio mais próximo e a altura útil da viga ( a / d). Os resultados destes ensaios mostram que a resistência à força cortante aumenta com a taxa volumétrica de fibras e que o esquema estático adotado interfere pouco na resistência. Além disso, os resultados do estudo de caracterização do comportamento pós-pico do concreto foi aplicado na simulação numérica da viga. Os resultados numéricos apontam diferenças na rigidez global quando comparados com os resultados experimentais. / The shear strength verification of reinforced concrete beams is generally performed assuming their independence from the flexural behavior. Among the mechanisms that influence the shear strength, the shear force transmitted by the concrete compressed zone of the beam and the aggregate interlock are the most studied in the last years. Both depend on the level of normal stresses acting on the element section. Therefore, the shear behavior is obviously dependent on the flexural behavior and how the concrete behaves in tension and compression. For a better understanding, this work comprised two fronts of analysis: experimental and numerical. Tension ties tests were performed in order to evaluate the tension stiffening of concrete with fibers. In addition, three-point bending tests on 15cm x 15cm x 50cm prisms were made to evaluate the post-peak tension behavior of the concrete, or tension softening. Compression tests on 10 × 20cm concrete cylinders were carried out in order to estimate the compression fracture energy and the post-peak behavior of concrete with different volumetric fiber rates. Following the experimental results, numerical simulations of the three-point bending tests and the compression tests were developed with the aim of improving the understanding of the tests performed. These studies have the aim of improving the understanding of the three-point bending and compression tests performed. Nine reinforced concrete beams were tested, varying the volume of fibers and the relation between the distance of the load to the closest support and the useful height of the beam (a/d). The results of these tests show that shear strength increases with the volumetric rate of fibers and that the static scheme adopted does not interfere in resistance. In addition, the results of the post-peak concrete characterization study of the concrete were applied in the numerical simulation of the beam. Numerical results show differences in overall stiffness when compared with experimental results.