An attempt was made to predict the service life of the Black River Bridge using non-linear finite element analysis (NLFEA). Numerical modeling was performed using NLFEA software developed by Prof. Evan Bentz. A large number of analytical studies were conducted to assess the strength and behaviour of the bridge under normal truck loading and at failure loads. It was determined that the bridge is shear critical. Location of trucks that would cause maximum deflection and highest crack widths were identified. It is believed that these findings will have a significant impact on physical measurements that can be incorporated into future bridges, helping researchers determine the locations in the bridge that are ideal for instrumentation. Axial compression present in the bridge can significantly affect deflection and crack widths. Incorporating thermal and shrinkage effects into the NLFEA are recommended as topics for further research. Appropriate estimate of thermal and shrinkage strain will aid in better prediction of axial stresses.

An attempt was made to predict the service life of the Black River Bridge using non-linear finite element analysis (NLFEA). Numerical modeling was performed using NLFEA software developed by Prof. Evan Bentz. A large number of analytical studies were conducted to assess the strength and behaviour of the bridge under normal truck loading and at failure loads. It was determined that the bridge is shear critical. Location of trucks that would cause maximum deflection and highest crack widths were identified. It is believed that these findings will have a significant impact on physical measurements that can be incorporated into future bridges, helping researchers determine the locations in the bridge that are ideal for instrumentation. Axial compression present in the bridge can significantly affect deflection and crack widths. Incorporating thermal and shrinkage effects into the NLFEA are recommended as topics for further research. Appropriate estimate of thermal and shrinkage strain will aid in better prediction of axial stresses.

Das Ziel der Arbeit bestand darin, die aus der Literatur bekannten Zusammenhänge zwischen Korrosionsaktivität von Stahl im Beton und einer galvanostatischen Pulsmessung, welche unter Laborbedingungen gute Ergebnisse liefern, auf Messungen an realen Bauwerken anzuwenden. Dazu wurden zunächst Untersuchungen an 13 Jahre alten Prüfkörpern durchgeführt und ausgewertet. Die abgeleiteten Zusammenhänge konnten anschließend an realen Bauteilen verifiziert werden. Somit stellt die galvanostatische Pulsmessung eine hilfreiche zerstörungsfreie Prüfmethode zur Interpretation des Korrosionszustandes dar. Die neuen Erkenntnisse lassen eine bessere Einschätzung des Korrosionsverhaltens in Stahlbetonbauwerken zu, als es die Potentialmessung erlaubt.

A dissertação traz um breve resumo da história da siderurgia no Brasil, e comentários sobre o que vem ocorrendo no setor no mundo. A dissertação busca contribuir com a estimação de demanda para mercados oligopolizados, utilizando como proxie o mercado siderúrgico brasileiro. O objetivo, portanto, é estimar as variáveis econômicas que impactam o consumo de vergalhão no Brasil. Para isso são criados diversos modelos econométricos de demanda, utilizando as modelagens VAR (Vetor Auto-regressivo), BVAR (Vetor Autoregressivo Bayesiano) e Variáveis Instrumentais (IV). A metodologia BVAR foi aquela que apresentou os melhores resultados, com os seus coeficientes sendo robustos e estatisticamente significantes, além de reproduzirem a teoria econômica. / The present dissertation begins with a small resume of the history of the steel sector in Brazil, added to this some comments about that in the world. The dissertation aims to contribute with the estimation of oligopoly markets demand, using as a proxy the steel industry in Brazil. The main objective is to estimate the economics variables witch impact the rebar consumption in Brazil. The estimates are made using different econometric methodologies as VAR (Vector Autoregressive), BVAR (Bayesian Vector Autoregressive) and Instrumental Variables. The BVAR methodology is the one witch presents the best results, with the coefficients signs being robust and statistic significant, besides reproducing the economic theory.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

A dissertação traz um breve resumo da história da siderurgia no Brasil, e comentários sobre o que vem ocorrendo no setor no mundo. A dissertação busca contribuir com a estimação de demanda para mercados oligopolizados, utilizando como proxie o mercado siderúrgico brasileiro. O objetivo, portanto, é estimar as variáveis econômicas que impactam o consumo de vergalhão no Brasil. Para isso são criados diversos modelos econométricos de demanda, utilizando as modelagens VAR (Vetor Auto-regressivo), BVAR (Vetor Autoregressivo Bayesiano) e Variáveis Instrumentais (IV). A metodologia BVAR foi aquela que apresentou os melhores resultados, com os seus coeficientes sendo robustos e estatisticamente significantes, além de reproduzirem a teoria econômica. / The present dissertation begins with a small resume of the history of the steel sector in Brazil, added to this some comments about that in the world. The dissertation aims to contribute with the estimation of oligopoly markets demand, using as a proxy the steel industry in Brazil. The main objective is to estimate the economics variables witch impact the rebar consumption in Brazil. The estimates are made using different econometric methodologies as VAR (Vector Autoregressive), BVAR (Bayesian Vector Autoregressive) and Instrumental Variables. The BVAR methodology is the one witch presents the best results, with the coefficients signs being robust and statistic significant, besides reproducing the economic theory.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

A dissertação traz um breve resumo da história da siderurgia no Brasil, e comentários sobre o que vem ocorrendo no setor no mundo. A dissertação busca contribuir com a estimação de demanda para mercados oligopolizados, utilizando como proxie o mercado siderúrgico brasileiro. O objetivo, portanto, é estimar as variáveis econômicas que impactam o consumo de vergalhão no Brasil. Para isso são criados diversos modelos econométricos de demanda, utilizando as modelagens VAR (Vetor Auto-regressivo), BVAR (Vetor Autoregressivo Bayesiano) e Variáveis Instrumentais (IV). A metodologia BVAR foi aquela que apresentou os melhores resultados, com os seus coeficientes sendo robustos e estatisticamente significantes, além de reproduzirem a teoria econômica. / The present dissertation begins with a small resume of the history of the steel sector in Brazil, added to this some comments about that in the world. The dissertation aims to contribute with the estimation of oligopoly markets demand, using as a proxy the steel industry in Brazil. The main objective is to estimate the economics variables witch impact the rebar consumption in Brazil. The estimates are made using different econometric methodologies as VAR (Vector Autoregressive), BVAR (Bayesian Vector Autoregressive) and Instrumental Variables. The BVAR methodology is the one witch presents the best results, with the coefficients signs being robust and statistic significant, besides reproducing the economic theory.

En la presente tesis se ha desarrollado la evaluación estructural de cinco reservorios circulares del tipo apoyado, construidos entre los años 1977 y 1997, ubicados en zonas de alto riesgo sísmico en Lima Metropolitana y ubicados en suelos medianamente rígidos, con el objetivo de evidenciar si estas estructuras continúan conservando un diseño sísmico adecuado en base a los requerimientos sísmicos actuales, y por ende si serán capaces de resistir un evento sísmico severo y continuar con el servicio. Para poder modelar y determinar la respuesta de los se reservorios se empleó el modelo equivalente de Housner, obteniendo así la masa impulsiva y convectiva, modelado en el programa SAP2000 con ayuda de las normas ACI 350.3-06 y E.030. En cuanto a la determinación de las fuerzas resistentes, para poder realizar la evaluación estructural correspondiente, se utilizó la norma peruana E.060-2009 Concreto Armado, con la cual se obtuvo dichas fuerzas y se realizaron las verificaciones estructurales. Con respecto a los resultados de las verificaciones realizadas, se observó que los reservorios en estudio no mantienen un diseño estructural adecuado en cuanto a las solicitaciones sísmicas actuales. Estas deficiencias se plasman en déficit de refuerzo horizontal por corte en muros, cuantía mínima vertical por corte en muros, refuerzo en la base del muro por momento tangencial, armadura requerida en la viga collarín, y refuerzo en el extremo de la cúpula por tracción radial; por lo que estas estructuras, ante la presencia de un evento sísmico severo, se encuentran expuestas a presentar fallas estructurales. / In the present thesis has been carried out the structural assessment of five round ground concrete tanks, built between 1977 and 1997, and located in high seismic risk areas in Lima Metropolitana in moderately rigid soils, with the objective of demonstrating if these structures still preserve an adequate structural design base on the current standards and consequently, if they will be able to withstand a severe seismic event and, hence, continue with their service. In order to model and determine the response of the tanks, the Housner’s rigid equivalent model was used, obtaining this way the impulsive and convective masses, which were modeled in the software SAP2000 with the ACI 350.3-06 standard and the E.030 Peruvian standard. Regarding on the determination of the resistant forces, in order to carry out the corresponding structural evaluation, the Peruvian standard “Concreto Armado E.060” was utilized. With regard to the results of the verifications carried out, it was observed that the reservoirs under study do not maintain an adequate structural design in terms of the current seismic solicitations. These deficiencies are reflected in horizontal reinforcement deficit by shear force on the walls, minimum amount of vertical rebar by shear on the walls, reinforcement in the base of the wall by tangential bending moment, rebar required in the beam by radial tensile force, and rebar in the end of the dome by radial traction; so these structures, in the presence of a severe seismic event, are exposed to structural failures. / Tesis

Ancoragens são muito utilizadas na estabilização do maciço rochoso pela rapidez e baixo custo, embora sua análise não seja completamente entendida devido à interação de diferentes materiais como rocha, graute e aço. Este documento apresenta os resultados de um estudo realizado em juntas lisas reforçadas com ancoragens. Foram ensaiadas ancoragens com barras de diferentes diâmetros e diferentes orientações em relação ao plano da descontinuidade. Os ensaios realizados para avaliar o comportamento deste tipo de reforço foram o ensaio de arrancamento em tubo duplo e o ensaio de cisalhamento em juntas lisas reforçadas. Os ensaios de arrancamento em tubo duplo demonstraram que a resistência ao arrancamento é dependente da resistência à tração da barra. As deformações internas no sistema foram idealizadas através da obtenção de um comprimento livre hipotético de uma barra livre submetida a tração. Nos ensaios de cisalhamento, avaliou-se a melhora da resistência ao cisalhamento de descontinuidades lisas reforçadas com barras ancoradas. Observaram-se dois picos de carga mobilizada antes da ruptura do sistema no caso de barras perpendiculares ao plano da descontinuidade. Este fato introduz significativa ductilidade ao sistema e é importante do ponto de vista de confiabilidade do sistema. A ruptura das ancoragens se produz devido a uma combinação de efeitos de tração, flexão, e cortantes. Os sistemas reforçados com áreas maiores de aço apresentaram maior ductilidade, e, portanto oferecem maior segurança. Os resultados sugerem que uma vez superado o comprimento mínimo ancorado a ruptura das ancoragens acontecerá por ruptura das barras de aço e não por aderência na interface barra-graute, concluindo-se que a resistência das ancoragens é dependente da resistência de ruptura e da área de aço utilizada. Finalmente, esta pesquisa contribui ao entendimento dos mecanismos de ruína que acontecem num maciço reforçado com ancoragens. / Rock anchors are widely used to stabilize rock masses due to their rapid installation and low cost. Their behavior is not fully understood because of the interaction of different elements such as rock, grout and steel. This document presents the results of both pull-out and shear tests on steel bar reinforced discontinuities. Tests were carried out with different diameters and orientations of bars with respect to the discontinuity plane. Double-pipe pullout tests and smooth-joint anchor-reinforced shear tests were performed. The results of double-pipe pull-out tests were analyzed in terms of both strength and deformations. Internal strains were idealized through a model based on hypothetical length of a free bar. In the smooth-joint anchor-reinforced shear tests, both increase in shear strength and ductility were evaluated. Two load peaks were observed in test with bars perpendicular to the joint plane. Ductility is significantly increased with respect to joints reinforced with inclined bars. This is important for reliability evaluation. The failure of anchors is produced by a combination of tensile, bending, and shear internal forces. The systems reinforced with a greater amount of steel presented more ductile behavior than those less reinforced. The results suggest that since the minimum anchor length is exceeded, the system failure is governed by the rebar failure and not by the adhesion in the rebar-grout interface. From this, it is concluded that the anchor strength is dependent on the strength and cross section area of the rebar. Finally, this research contributes to better understanding of the failure mechanisms of anchor-reinforced rock masses.