Orientador: José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_AlaorLeandro_D.pdf: 7941559 bytes, checksum: 806e89b1e919e7a21f82b349d6b6b047 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A pesquisa objeto desta tese refere-se a uma investigação dos processos de fratura no concreto de alta resistência (High Strength Concrete - HSC), com ênfase no estudo da influência da taxa de carregamento (medida como a taxa de deslocamento do ponto de aplicação de carga) nos ensaios de fraturamento e assim caracterizar sua ductilidade em tração. Neste trabalho um modelo de fratura dependente do tempo (modelo coesivo-viscoso) é apresentado e a influência da taxa de carregamento na resposta em fratura quase-frágil é estudada através de simulação numérica. O modelo de fratura dependente do tempo acopla um parâmetro viscoso, dado em função da velocidade de abertura da fratura, ao modelo clássico de fissura fictícia proposto por Hillerborg, tal que uma relação tensão-abertura de fissura dependente do tempo, (?, ?), represente uma zona coesiva-viscosa inserida em um meio elástico não-viscoso. O modelo coesivo-viscoso é implementado no arcabouço teórico do método dos elementos finitos com um método de cálculo iterativo que modela a fratura quase-frágil (comportamento não-linear) como uma superposição de problemas em mecânica da fratura elástica linear (Linear Elastic Fracture Mechanics - LEFM). O modelo numérico implementado é validado com os resultados experimentais obtidos de vigas prismáticas ranhuradas em flexão em três pontos (Three-Point Bend Test - TPBT), com taxas de carregamento variando da ordem de = 10-5 mm/s a 6 = 10+1 mm/s. Os resultados numéricos obtidos mostram que o modelo coesivo-viscoso implementado, apesar de sua simplicidade, reflete o fato experimentalmente documentado de que a nucleação e a propagação de uma fratura coesiva, bem como os fenômenos que governam os processos de fratura, são dependentes da taxa de carregamento. Assim, a diferença obtida por muitos pesquisadores na medida da energia de fratura não se deve unicamente à escala do protótipo ensaiado mas também à taxa de carregamento aplicada nos ensaios. / Abstract: This thesis addresses a numerical investigation to account for loading rate influence (measured as the load-point displacement rate) on the fracture processes of quasi-brittle materials such as high strength concrete (HSC). In this context, fracture tests are simulated by a proposed time-dependent cohesive model. The proposed model couples a viscous parameter, as a function of crack-opening rate, to the classical Hillerborg's fictitious crack approach such that a time-dependent stress crack opening law, (?, ?), represents a viscous-cohesive zone in an elastic, time-independent, body. The viscous cohesive representation is implemented in a finite element framework using a iterative method in such a way that the equations governing the quasebrittle crack propagation (non-linear behaviour) is sought from a triangular system of equations, obtained by superposing linear elastic fracture mechanics (LEFM) cases. To show the accuracy of the model, numerical simulations of notched beams in three-point bend test (TPBT) were performed. In the tests five different loading rates were employed (ranging from = 10-5 mm/s = 10+1 mm/s). The results numerically obtained match very well the experimental ones, particularly the maximum load for the several loading rates used in the tests. A parametric study has also been performed to point out which are the model, geometry and fracture parameters influencing the fracture process due to loading rate. The numerical results show that the model, although its simplicity, provides a general approach to reflect the experimentally documented fact that crack propagation and so the parameters governing the fracture processes in cementious materials depend on the loading rate. So, the differences obtained by several researches worldwide on the fracture energy measurement are not only due to the scale of the tested specimens, but also due to the loading rate influence. / Doutorado / Estruturas

Orientador: Armando Lopes Moreno Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-28T20:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AugustoOttoniBuenoda_M.pdf: 16909483 bytes, checksum: 0c47482ffb59cda43bf62e03637ac5a4 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O objetivo deste trabalho é oferecer uma parcela de contribuição ao estudo do comportamento de vigas de concreto de alta resistência reforçadas externamente com mantas unidirecionais de polímero reforçado com fibras de carbono (pRFC), técnica esta que vem sendo executada desde 1980, porém, ainda pouco difundida e estudada no Brasil. Seis vigas, com resistência à compressão do concreto em tomo de 90 :MPa, e, mesma geometria e armaduras, longitudinal e transversal, foram levadas à ruptura por flexão. Uma viga foi considerada como viga padrão e outras cinco foram reforçadas à flexão, por intermédio de mantas de fibras de carbono aderidas às suas faces inferiores. Em três das vigas reforçadas um mecanismo de incremento de ancoragem, nas regiões próximas aos apoios, foi proposto. Os resultados experimentais foram comparados com valores esperados, que por sua vez foram obtidos de acordo com uma metodologia de cálculo à flexão desenvolvida com base no estudo de trabalhos já realizados por outros autores. Os valores dos momentos fletores de início de descolamento da manta, nas vigas sem os laço de ancoragem, também foram confrontados com valores previamente esperados. Foram ainda realizados ensaios de aderência e propostas duas metodologias para o dimensinamento dos mecanismos de melhoria da ancoragem. De acordo com os ensaios realizados pôde-se constatar que a ruptura prematura por descolamento total da manta pode ser evitada pelo mecanismo de ancoragem proposto, sendo que o reforço, pelo próprio arranjo sugerido, além de retardar o início do escoamento da armadura longitudial inferior, atua como alternativa de reforço ao esforço cortante. A resistência última à flexão da viga reforçada com quatro camadas e laços de ancoragem foi aumentada, em relação à viga testemunho, em 157 % / Abstract: The objective of this dissertation is to offer a contribution in the study of the behaviour of high strength reinforced concrete beams with externally bonded carbon fiber reinforced plastic (CFRP) sheets, wich is a technique that has been executed since 1980. Six beams, with concrete strength around 90 :MPa, and with identics geometry and internal reinforcing bars were tested under bending until failure. One specimen was used as a control beam and the other five were strengthened, in flexure, with the use of CFRP sheets bonded to the tension face of the members. In three of the strengthened beams was proposed anchorages at the sheet ends, near the supports. The experimental results were compared with the analytical values. The bending moments registered in the begining of the debonding of the sheets, in the beams with no anchorage systems, were also compared with previously determined values. Aderence tests to verify the quality of the bonding in the interface sheet-concrete and two proposals of calculating methodologies for the anchorage systerns were also conducted. It was seen that the premature debonding of the sheet can be avoided through the use of the anchorage systems proposed, and, this anchorage, because of its design, can also improves the shear capacity of the beams. The results showed an increment in the ultimate flexural resistance of the beam strengthened with four plies, in comparison with the beam with no external reinforcing, of 157 % / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

The master´s thesis deals with the volume changes of concrete during its concrete glow. These volume changes are generally more susceptible to high-strength concretes – HSC, which contain a bigger dose of binder. The theoretical section describes the possible reduction volume change especially in HSC, which are focused on the composition of concrete, especially on the type and particle size distribution of aggregate. Then attention is also paid to the different types of cements and their possible substitution. The part of the theoretical work describes the types of volume changes that may occur. In the experimental part are suggested the HSC by to secure informations. Different kinds of aggregates are used and a continuous or discontinuous grain curve and a different maximum grain size. Part of the sample was made only from CEM I 42,5 R and the second part of the sample from CEM I 42,5 R with the addition of very finely ground limestone. In terms of the part of the work were monitored volume changes of concrete with different composition and also their mechanical properties after 7, 28 and 90 days. Specifically, compressive strength, tensile strength, strength of the surface layers of concrete, water absorption and water-permeability test concrete. In conclusion, are listed all the results of tests.

Orientador: Armando Lopes Moreno Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-13T04:09:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LeiteJunior_GeraldoSilveira_D.pdf: 5865663 bytes, checksum: d49ee862fe97f6a26434a033e8947468 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho, foi investigado em laboratório o efeito do fogo em colunas esbeltas de aço sem preenchimento e preenchidas com concreto de alta resistência que foram submetidas a três diferentes níveis de carga (30%, 50% e 70%). O nível de carga é a razão entre a carga axial a ser aplicada em situação de incêndio e a carga última obtida no ensaio da coluna à temperatura ambiente. Assim sendo, colunas esbeltas de aço sem preenchimento e preenchidas com concreto de alta resistência também foram investigadas à temperatura ambiente, uma vez que os resultados obtidos nessa situação serviram de referência para o estabelecimento das cargas axiais que foram aplicadas em situação de incêndio. Ao todo, foram investigadas 32 colunas esbeltas, sendo 4 sem preenchimento e 4 preenchidas com concreto de alta resistência em temperatura ambiente. Além dessas colunas, 12 foram ensaiadas sem preenchimento e 12 preenchidas com concreto de alta resistência em situação de incêndio. Os valores experimentais de carga última obtidos com as colunas de aço sem preenchimento e preenchidas com concreto de alta resistência à temperatura ambiente e em situação de incêndio foram comparados a aqueles determinados a partir da formulação proposta respectivamente pelo EUROCODE 3 (prEN 1993-1-1:2001), EUROCODE 4 (prEN1994-1-1:2003), EUROCODE 3 (prEN 1993-1-2:2002) e pelo EUROCODE 4 (prEN1994-1-2:2002), além de outras propostas de pesquisadores que foram encontradas na escassa literatura sobre o assunto. Como parte numérica, os resultados obtidos para as colunas mistas em situação de incêndio foram comparados a aqueles determinados por meio da utilização de dois softwares, que foram o SuperTempCalc e o PotFire. Ao final, observou-se que o preenchimento das colunas esbeltas de aço com concreto de alta resistência, propiciou melhorias significativas no tempo de resistência ao fogo dessas colunas, porém, comprovou-se que, de forma geral, somente as colunas em situação de incêndio que atingiram o tempo mínimo de resistência ao fogo, estipulado tanto no EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002), quanto na NBR 14432 (2000) em 30 minutos, foram as que apresentaram os resultados mais satisfatórios. / Abstract: In this work, it was investigated in laboratory the effect of fire in slender steel columns unfilled and filled with high strength concrete submitted to three different levels of axial load (30%, 50% and 70%), which is the relation between the axial load to be applied in fire situation and the ultimate load obtained in the column test to room temperature. So, slender steel columns unfilled and filled with high strength concrete were also investigated to room temperature, once the results obtained in this situation have served of reference to the establishment of axial loads applied in fire situation. Altogether 32 slender columns were tested, being 4 unfilled and 4 filled with high strength concrete in room temperature. Besides these columns, 12 were tested filled with high strength concrete in fire situation and 12 unfilled. The experimental values of ultimate load obtained with steel columns unfilled and filled with high strength concrete to room temperature and in fire situation were compared to those determinated from the formulation proposed by EUROCODE 3 (prEN 1993-1-1:2001), EUROCODE 4 (prEN1994-1-1:2003), EUROCODE 3 (prEN 1993-1-2:2002) and EUROCODE 4 (prEN1994-1-2:2002), besides others researchers' proposals found in scarce literature about the subject. As a numeric part, the results obtained for mixed columns in fire situation were compared to those determinated by means of using two softwares, the SuperTempCalc and the PotFire. At the end, it was observed that the filling of slender steel columns with high strength concrete have provided significant improvement in the time of resistance to fire in these columns, but it was proved that, in general, only the columns in fire situation which reached the minimum time to fire resistance, stipulated in EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002), as in NBR 14432 (2000) in 30 minutes, were the ones that have presented the most satisfactory results. / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A evolução dos concretos utilizados nas últimas décadas deu origem ao Concreto de Alto Desempenho (CAD), que tem, entre suas características, alta resistência à compressão e baixa permeabilidade. Com o desenvolvimento dos produtos químicos utilizados na construção civil, em especial os superplastificantes e superfluidificantes, a utilização desse tipo de concreto tornou-se cada vez mais freqüente pela possibilidade de se obter uma mistura suficientemente trabalhável utilizando-se fatores água/cimento menores do que 0,35. Devido à sua microestrutura mais homogênea, esse tipo de concreto apresenta um comportamento mais frágil do que os concretos convencionais, exigindo uma melhor caracterização do material. A partir do final da década de 70 começou-se a aplicar os conceitos da Mecânica da Fratura para análise do comportamento de estruturas construídas com esse tipo de concreto. Como em algumas situações a resistência nominal de peças de concreto diminui com o aumento de suas dimensões, houve a necessidade de se considerar o efeito de escala das estruturas a fim de se obter níveis de segurança mais adequados no seu dimensionamento, o que justificou a utilização da Mecânica da Fratura. Neste trabalho a energia de fraturamento foi obtida experimentalmente pelo método do trabalho de fraturamento e pelo método do efeito de escala, por meio de ensaios estáveis de flexão de três pontos em amostras de concreto de alto desempenho com entalhe. Foi também desenvolvida a simulação numérica de uma viga com entalhe, analisada pelo método dos elementos finitos e empregando-se na modelagem constitutiva os conceitos da Mecânica da Fratura aplicada ao concreto. As vigas foram moldadas e ensaiadas no Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) na cidade de Nova Friburgo. Os ensaios foram realizados com controle de deslocamento da célula de carga. Foram ensaiadas três séries de 12 vigas, com quatro dimensões diferentes, geometricamente proporcionais, e três amostras para cada dimensão, totalizando 36 vigas. As alturas utilizadas para as vigas foram 38, 76, 152 e 304 mm, e sua espessura foi mantida constante igual a 38 mm. Os corpos de prova cilíndricos, para caracterização da resistência à compressão do concreto, foram moldados no IPRJ e rompidos no laboratório de engenharia civil da UERJ, na cidade do Rio de Janeiro. Os concretos utilizados apresentaram resistência à compressão média de 70 MPa. / The evolution of the concrete mixes used during the last decades gave birth to the High Performance Concrete (HPC), which, among its main characteristics, presents high strength and low permeability. With the development of chemical products used in civil engineering constructions, mainly the superplasticizers, the use of this kind of concrete has become more and more frequent due to the possibility of obtaining a workable mixture with a water/cement ratio lower than 0.35. Due to its more homogeneous microstructure, the HPC presents a more fragile behavior than the conventional concrete, demanding a better characterization of the material. At the end of the 1970s, concepts of the Fracture Mechanics started to be used for the analysis of the structural behavior of concrete structures. As the nominal stress of the material decreases as the size of the structure increases, it became necessary to consider this size effect in the analysis in order to obtain more suitable levels of security. This fact justifies the use of the Fracture Mechanics in the structural analysis of concrete structures. In this work, the fracture energy was experimentally obtained using the work-offracture method and the size effect method by performing three-point bend tests in HPC notched beams. It was also developed a numerical simulation of the tests, performing the analysis through the Finite Element Method and applying the concepts of the Fracture Mechanics of Concrete into the constitutive model. The notched beams were molded and tested at the Polytechnic Institute of the State University of Rio de Janeiro (IPRJ/UERJ), located in the city of Nova Friburgo. The tests were controlled by the vertical displacement of the load cell. Three series of twelve beams with four geometrically similar sizes were tested. Three samples for each size were cast, making an amount of 36 beams. The beams were 38, 76, 152 and 304 millimeters high and the width was kept constant equal to 38 millimeters. To characterize the concrete compression strength, 100x200 millimeters cylinders were molded at the IPRJ and tested at the UERJ civil engineering laboratory in the city of Rio de Janeiro. The tested concretes presented a medium compressive strength of 70 MPa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A evolução dos concretos utilizados nas últimas décadas deu origem ao Concreto de Alto Desempenho (CAD), que tem, entre suas características, alta resistência à compressão e baixa permeabilidade. Com o desenvolvimento dos produtos químicos utilizados na construção civil, em especial os superplastificantes e superfluidificantes, a utilização desse tipo de concreto tornou-se cada vez mais freqüente pela possibilidade de se obter uma mistura suficientemente trabalhável utilizando-se fatores água/cimento menores do que 0,35. Devido à sua microestrutura mais homogênea, esse tipo de concreto apresenta um comportamento mais frágil do que os concretos convencionais, exigindo uma melhor caracterização do material. A partir do final da década de 70 começou-se a aplicar os conceitos da Mecânica da Fratura para análise do comportamento de estruturas construídas com esse tipo de concreto. Como em algumas situações a resistência nominal de peças de concreto diminui com o aumento de suas dimensões, houve a necessidade de se considerar o efeito de escala das estruturas a fim de se obter níveis de segurança mais adequados no seu dimensionamento, o que justificou a utilização da Mecânica da Fratura. Neste trabalho a energia de fraturamento foi obtida experimentalmente pelo método do trabalho de fraturamento e pelo método do efeito de escala, por meio de ensaios estáveis de flexão de três pontos em amostras de concreto de alto desempenho com entalhe. Foi também desenvolvida a simulação numérica de uma viga com entalhe, analisada pelo método dos elementos finitos e empregando-se na modelagem constitutiva os conceitos da Mecânica da Fratura aplicada ao concreto. As vigas foram moldadas e ensaiadas no Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) na cidade de Nova Friburgo. Os ensaios foram realizados com controle de deslocamento da célula de carga. Foram ensaiadas três séries de 12 vigas, com quatro dimensões diferentes, geometricamente proporcionais, e três amostras para cada dimensão, totalizando 36 vigas. As alturas utilizadas para as vigas foram 38, 76, 152 e 304 mm, e sua espessura foi mantida constante igual a 38 mm. Os corpos de prova cilíndricos, para caracterização da resistência à compressão do concreto, foram moldados no IPRJ e rompidos no laboratório de engenharia civil da UERJ, na cidade do Rio de Janeiro. Os concretos utilizados apresentaram resistência à compressão média de 70 MPa. / The evolution of the concrete mixes used during the last decades gave birth to the High Performance Concrete (HPC), which, among its main characteristics, presents high strength and low permeability. With the development of chemical products used in civil engineering constructions, mainly the superplasticizers, the use of this kind of concrete has become more and more frequent due to the possibility of obtaining a workable mixture with a water/cement ratio lower than 0.35. Due to its more homogeneous microstructure, the HPC presents a more fragile behavior than the conventional concrete, demanding a better characterization of the material. At the end of the 1970s, concepts of the Fracture Mechanics started to be used for the analysis of the structural behavior of concrete structures. As the nominal stress of the material decreases as the size of the structure increases, it became necessary to consider this size effect in the analysis in order to obtain more suitable levels of security. This fact justifies the use of the Fracture Mechanics in the structural analysis of concrete structures. In this work, the fracture energy was experimentally obtained using the work-offracture method and the size effect method by performing three-point bend tests in HPC notched beams. It was also developed a numerical simulation of the tests, performing the analysis through the Finite Element Method and applying the concepts of the Fracture Mechanics of Concrete into the constitutive model. The notched beams were molded and tested at the Polytechnic Institute of the State University of Rio de Janeiro (IPRJ/UERJ), located in the city of Nova Friburgo. The tests were controlled by the vertical displacement of the load cell. Three series of twelve beams with four geometrically similar sizes were tested. Three samples for each size were cast, making an amount of 36 beams. The beams were 38, 76, 152 and 304 millimeters high and the width was kept constant equal to 38 millimeters. To characterize the concrete compression strength, 100x200 millimeters cylinders were molded at the IPRJ and tested at the UERJ civil engineering laboratory in the city of Rio de Janeiro. The tested concretes presented a medium compressive strength of 70 MPa.

High-strength concrete (HSC) belongs in the recent years to frequently used types of concrete. It allows realization of static challenging structures and also shows due to its dense structure greater durability especially against aggressive media. Currently HSC construction realization abroad is not exceptional. It’s using in the Czech Republic is still limited. When realized, then in a small scale in civil engineering works. The realization of high-strength concrete structures is closely related with the concrete construction quality verification. Good efficiency of the quality control methods can provide non-destructive testing methods (NDT), especially when investigating strength of concrete built in structure. A lack on relevant data for non-destructive testing of HSC in technical and normative rules is to be considered as a significant deficiency. Evident for HSC generally is the lack in literature on deeper analysis of the factors affecting their non-destructive testing, as well a meaningful methodology or practically usable calibration relationships. HSC differs from ordinary concrete not only by used components, but also by more compact structure with different strength – elastic characteristics. Considering these differences, HSC strength prediction can not be performed by using calibration relationships developed for ordinary concrete. Moreover, the question is to what extent the current knowledge of the NDT results influencing factors can be considered as valid. The paper presents findings on the effects of the key factors affecting the measurement results of Schmidt hardness method and ultrasonic pulse method, including recommendations for the practical application of these methods. The problematic of static vs. dynamic modulus of elasticity was also solved. Calibration equations for predicting the compressive strength of HSC from the non-destructive testing parameter were elaborated, showing high cohesion among variables and practically usability.