Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Os pisos industriais devem atender aos critérios de segurança, funcionalidade e durabilidade das estruturas de concreto. A fim de analisar o desempenho de placas de concreto apoiadas sobre base elástica quando submetidas a ações diretas e indiretas, foram elaborados diversos modelos analíticos e empíricos. Com o avanço tecnológico e o advento de softwares desenvolvidos através de processos numéricos como o método dos elementos finitos (MEF), a aplicação desses modelos foi facilitada. Este trabalho aborda os métodos de cálculo existentes e utilizados na execução dos projetos estruturais de pisos industriais de concreto. / The industrial floors must meet the criteria of security, functionality and durability of concrete structures. In order to analyze the performance of concrete slabs supported on elastic foundation when subjected to direct and indirect actions, were developed several analytical and empirical models. With advances in technology and the advent of software developed by numerical processes such as finite element method, the application of these models was facilitated. This paper presents the calculation methods used in the implementation of structural designs of concrete industrial floors.

La méconnaissance de la géométrie réelle d'une structure mène à une évaluation incorrecte de son état. Par conséquent, une estimation imprécise de sa capacité portante, sa durabilité, sa stabilité et la nécessité de mettre en place une réparation ou un renforcement. En outre, l'optimisation du temps requis pour le processus de réparation a besoin de bien connaître les différentes parties de la structure à évaluer et également pour éviter les zones critiques telles que les aciers, les câbles, etc., lors de la réparation. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser des techniques d'évaluation non destructive (END) afin de connaître la géométrie réelle de la structure, notamment l'emplacement des armatures dans les structures en béton armé. Le GPR est considéré comme une technique non-destructive idéale pour détecter et localiser les renforts. Cependant, sa précision de localisation est limitée. Le but de ce projet de recherche a donc été d'accroître la précision du GPR en matière de reconnaissance géométrique interne de structures en béton armé. L'objectif principal de cette étude est de localiser précisément le positionnement des armatures dans le plan ausculté ainsi qu'en profondeur. Pour atteindre cet objectif, une nouvelle méthodologie de mesures et du traitement des signaux GPR a été proposée dans cette étude. Plusieurs configurations d'acquisition de données en utilisant des signaux simulés sont testées pour proposer et développer un algorithme d'imagerie du milieu de propagation afin de définir sa géométrie interne et de localiser précisément les barres de renforcement. Des traitements supplémentaires sont appliqués pour améliorer la précision de la détection et pour identifier les différentes interfaces dans le milieu testé. L'algorithme et le traitement sont appliqués aux signaux simulés. Des validations expérimentales ont ensuite été appliquées aux signaux réels acquis sur différentes dalles en béton armé. L'objectif est de tester la capacité de l'algorithme d'imagerie proposé pour localiser différents objets enfouis. Les résultats encourageants montrent que cet algorithme est capable d'estimer la position de différents objets enfouis et pas uniquement les armatures avec une erreur d'estimation de (0-1) mm. Les performances de l'algorithme ont été comparées à celles d'une méthode de migration et aux résultats de mesure obtenus avec un pachomètre. Ces comparaisons ont systématiquement révélé une meilleure précision de la localisation avec l'algorithme développé.Une autre étude a été proposée dans ce travail en testant l'algorithme avec des signaux réels modifiés. Ces signaux sont produits en réduisant le gain le moins possible. La conclusion la plus évidente de cette étude est que l'algorithme proposé est capable de localiser les différents objets même si les signaux réfléchis par eux sont de faible amplitude. / Lack of acquaintance in the real geometry of a structure leads to incorrect evaluation of its state. Consequently, this will lead to inaccurate estimation of bearing capacity, durability, stability and moreover, the need for repair or strengthening. Furthermore, optimization of the required time for repair process needs to well recognize the parts of structure to be assessed and also to avoid the critical zones such as reinforcing bars, cables, etc., during repairing. Therefore; it becomes necessary to use a non-destructive testing (NDT) method in order to know the real geometry of structure in particular, the location of reinforcements in reinforced concrete structures. GPR is considered as an ideal non-invasive technique in detecting and locating these reinforcements. However, its accuracy in localization is limited. The aim of this research project has therefore been to increase the accuracy of GPR in recognizing the internal geometry of reinforced concrete structures. The main objective of this study is to locate accurately the position of reinforcements into three dimensions. To achieve this purpose, a new methodology for GPR measurement and processing is proposed in this study.Several configurations of data acquisition using simulated signals are tested to propose and develop an appropriate imaging algorithm for the propagation medium to imagine its internal geometry and to locate accurately the reinforcing bars. Further processing are applied to improve the accuracy of detection and to identify the different interfaces in the tested medium. Both algorithm and processing are applied on simulated signals. Subsequent experimental validations have been applied using real signals acquired from different real reinforced concrete slabs. The goal is to test the ability of proposed imaging algorithm for the localization of different targets. The encouraging results indicate that this algorithm is able to estimate the position of different buried targets and not only the reinforcing bars with an estimation error of (0-1)mm.The performance of proposed algorithm has compared to those of migration method and to the results obtained from pachometer. These comparisons have systematically revealed a better localization accuracy using the developed algorithm.Another study has been proposed in this work by testing the algorithm using modified real signals. These signals are produced by reducing the gain as less as possible. The most obvious finding to emerge from this study is that the proposed algorithm is able to localize the different goals even if the signals reflected by them are of low amplitude.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Os pisos industriais devem atender aos critérios de segurança, funcionalidade e durabilidade das estruturas de concreto. A fim de analisar o desempenho de placas de concreto apoiadas sobre base elástica quando submetidas a ações diretas e indiretas, foram elaborados diversos modelos analíticos e empíricos. Com o avanço tecnológico e o advento de softwares desenvolvidos através de processos numéricos como o método dos elementos finitos (MEF), a aplicação desses modelos foi facilitada. Este trabalho aborda os métodos de cálculo existentes e utilizados na execução dos projetos estruturais de pisos industriais de concreto. / The industrial floors must meet the criteria of security, functionality and durability of concrete structures. In order to analyze the performance of concrete slabs supported on elastic foundation when subjected to direct and indirect actions, were developed several analytical and empirical models. With advances in technology and the advent of software developed by numerical processes such as finite element method, the application of these models was facilitated. This paper presents the calculation methods used in the implementation of structural designs of concrete industrial floors.

Este trabalho é iniciado apresentando os conceitos teóricos necessários para o bom entendimento do tema tratado, incluindo corrosão de armaduras, passivação, despassivação, vida útil e também conceitos de análise de riscos e teoria da confiabilidade. No terceiro capítulo é feita a revisão bibliográfica das variáveis que influem na carbonatação do concreto, apresentando um panorama do conhecimento atual sobre o tema, tanto no Brasil como no exterior. No quarto capítulo são apresentados e discutidos os modelos de previsão da carbonatação sendo também feitas comparações entre os resultados obtidos pelos modelos principais. No capítulo cinco é apresentado o trabalho experimental que objetiva contribuir com o conhecimento sobre a variabilidade da carbonatação e dos cobrimentos por meio de um estudo de caso real. A estrutura estudada foi o subsolo de um edifício residencial na zona central da cidade de São Paulo, no qual foram feitas diversas medidas de profundidade de carbonatação, cobrimentos de armaduras, concentração de CO2 ambiente e umidade relativa do ar. Os resultados foram tratados por meio de análise de variância e os valores de profundidade de carbonatação foram comparados com os valores previstos empregando modelos de previsão. Foi realizado o cálculo teórico da probabilidade de despassivação que foi comparada com a incidência real de despassivação observada. Os coeficientes de variação encontrados também foram comparados com os resultados de outras pesquisas atuais. É apresentado o desenvolvimento de um programa computacional para previsão do período de iniciação por métodos deterministas e probabilistas. / This work starts presenting the theoretical concepts needed for a good understanding of it’s contents, including corrosion of steel in concrete, passivation, despassivation, service life and concepts of risk analysis and reliability theory. In chapter three it’s discussed the several variables that have influence in concrete carbonation, presenting a general view of the knowledge concerning the topic in Brasil and other countries. Chapter four presents and discuss the prediction models of carbonation and comparisons are made between the results of the main models. In chapter five it is presented the experimental work that intends to contribute with the knowledge about the carbonation and concrete covers variability by means of a case study. The studied structure was the parking garage of a 30 years residential building, located in the central zone of São Paulo city in Brasil, in witch were made a several number of measurements of carbonation depth, concrete cover, CO2 concentration and air relative humidity. The collected data was analyzed using variance analysis and the values of carbonation depth were compared with that estimated using prediction models. The theoretical calculation of the despassivation probability was compared with the real despassivation incidence. The variation coefficients obtained were almost compared with the results of other recent investigations. It is still presented the development of a computer program for predicting the initiation period using deterministic and probabilistic methods.

A evolução das pontes estaiadas modernas mostra a procura da engenharia de pontes por sistemas estruturais cada vez mais leves e esbeltos. No intuito de dar contexto ao problema de análise de estruturas esbeltas, de maneira geral e desde a perspectiva da concepção, se discutem os vários arranjos estruturais que podem se obter ao combinar o pilão, o sistema de suspensão por estais e o tabuleiro, elementos que compõem qualquer sistema estrutural de ponte estaiada. Este trabalho apresenta um método de análise estrutural estático não linear que considera os efeitos decorrentes da mudança da geometria da estrutura sob carregamentos (não linearidade geométrica) e os efeitos da resposta não linear da seção de concreto estrutural quando solicitada por flexão oblíqua composta (comportamento não linear do material). O programa ANLST foi elaborado para obter as relações momento-normal-curvatura e as rigidezes secantes na flexão oblíqua composta para uma seção de concreto de geometria arbitraria, esses resultados são integrados com uma análise elástica de segunda ordem, que é executada no programa SAP2000 para análise estrutural por elementos finitos. Mostra-se a formulação do método de análise elástica de segunda ordem pelo princípio dos deslocamentos virtuais, que leva em consideração os efeitos dos deslocamentos finitos dos nós do modelo para a resposta da estrutura, por meio da matriz de rigidez geométrica do elemento barra no espaço. Finalmente são apresentados dois exemplos de estruturas planas para validar o método e um exemplo de uma estrutura espacial para a aplicação do método. Todos esses exemplos mostram que os esforços e deslocamentos de segunda ordem, em este tipo de estruturas, não podem ser desprezados. / Modern cable stayed bridges evolution shows the bridge engineering searching for lightweight and slender structural systems. Trying to give context for the problem of analysis of slender structures, of a general mode and from the conception perspective, is discussed the several structural layouts that can be obtained from the combination of pylon, cable stayed suspension system and girder, elements that compose any structural system of cable stayed bridges. This work presents a method of non-linear static structural analysis that consider the resulting effects of geometry change under loading (geometric non linearity), and the effects of nonlinear response of the structural concrete section when it is loading for biaxial bending and axial force interaction (material non linearity). The ANLST program was developed to obtain the moment-axial-curvature relationships and the secant stiffness for biaxial bending and axial force interaction for a concrete section of arbitrary geometry. These results are integrated with the second order elastic static analysis, which is executed in the finite element program SAP2000 for structural analysis. A formulation of method for second order elastic analysis is shown by the virtual displacement principle, which leads in consideration the effects of finite displacement of the model\'s nodes for the structural behavior, by means of geometric stiffness matrix for space frame element. Finally are shown two examples of plane structures for the validation of the method and one example of space structure for the application of the method. All of these examples showed that second order forces and displacements can\'t be despised in this type of structures.

Neste trabalho foram discutidos os aspectos de dimensionamento e verificação da segurança de elementos estruturais de concreto armado considerando a não-linearidade dos materiais. O estudo abordou uma nova proposta para a verificação simultânea dos estados limites últimos (ELU) e dos estados limites de serviço (ELS) para elementos de concreto armado submetidos à flexão, voltada especialmente para aplicações considerando a não-linearidade física utilizando o método dos elementos finitos. As propostas alternativas apresentadas na consideração de coeficientes minoradores das resistências dos materiais, trataram da utilização de valores médios para as relações tensão-deformação e para as resistências dos materiais; valores de referência que permitiram a composição de coeficientes globais de segurança, que independem da ruptura ser causada por esgotamento da capacidade resistente do concreto ou do aço e, finalmente, valores médios para as relações tensão-deformação no aço e no concreto, com limitação das resistências em seus valores de projeto. Foram analisadas seções transversais retangulares e do tipo T submetidas à flexão pura, com o uso das propostas alternativas. Foram, também, estudadas vigas isostáticas e hiperestáticas incluindo a verificação das reservas da capacidade resistente da estrutura, sendo que foi considerada a redistribuição dos esforços internos no caso hiperestático. As análises realizadas serviram de base para assumir-se que a terceira proposta anteriormente citada, é a mais adequada e a que atendeu, simultaneamente, às verificações dos ELU e ELS; o que a torna viável para aplicações práticas / The present work deals with dimensioning and verification of the safety conditions of reinforced concrete structural elements, taking into account the material non-linearity. It includes a new proposal for the simultaneous verification of the ultimate limit states (ULS) and the serviceability limit states (SLS) for reinforced concrete bending elements, enhancing finite element applications with physical non-linearities. The alternative proposals for the material safety factors include the use of mean values for the stress-strain relationships and the strength of materials; reference values that allow the composition of global safety coefficients that do not dependent on the type of failure, brittle in the concrete or ductile in the steel and, finally, means values for the concrete and steel stress-strain relationships, keeping the stresses always lower than the design strength values. Rectangular and T-type cross-sectional areas in pure bending were analyzed, using the alternative proposals. Statically determinate and hyperstatic beams were also studied to verify the safety conditions, including the redistribution of the internal forces in the hyperstatic cases. According to the analyses performed it is apparent that the third proposal is the most adequate and satisfies simultaneously the ULS and SLS verifications, being viable for practical applications

A fim de prever mecanismos para o controle dos danos impostos pela corrosão faz-se necessário deter ferramentas e conhecimento suficientes para entender os efeitos desta manifestação patológica sobre o comportamento mecânico do concreto armado. Nos últimos anos tornou-se crescente a utilização da modelagem numérica na simulação da degradação causados pela corrosão, graças ao baixo custo necessário à sua fomentação. Sabendo disso, nesta pesquisa foi desenvolvido um modelo numérico para a simulação em nível mesoscópico da expansão do concreto armado devido à formação de produtos de corrosão. O modelo desenvolvido é baseado no Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP) sob formulação Lagrangiana total, considerando material elástico isotrópico, com lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff e comportamento não linear geométrico. Para a representação das armaduras e dos produtos de corrosão, os quais estão inseridos na matriz de concreto, empregam-se elementos finitos lineares (fibras) ou planos (partículas) acoplados à malha de concreto por meio da técnica de embutimento. O comportamento dos produtos de corrosão é descrito por meio de formulações existentes na literatura, utilizando modelos analíticos relacionados a parâmetros intrínsecos ao fenômeno da corrosão e ao tempo de propagação. Os resultados encontrados neste trabalho apontam a eficiência do modelo desenvolvido e a sua aplicabilidade frente à simulação do comportamento mecânico de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão uniforme. / In order to provide the mechanisms for corrosion damage control, it is necessary to own sufficient software tools and knowledge for understanding the effects of this pathologic manifestation on the mechanic behavior of the reinforced concrete. In recent years it has become expanding the utilization of numeric modeling in the simulation of degradation arising from corrosion, thanks to low-cost of its fomentation. Knowing that in this research was designed a numeric model for a simulation at the mesoscopic level of the reinforced concrete because of the corrosion products. The designed model is based on the Finite Element Method (FEM) using the total Lagrange formulation, considering an elastic isotropic material, with a constitutive law of Saint-Venant-Kirchhoff and a behavior nongeometric linear. For a representation of the reinforcements and of the corrosion products (rust), which are inserted in the concrete matrix, it is used finite linear elements (fibers) or planes (particles) attached to the matrix of concrete through the technic embodiment. The products corrosion behavior is described by the formulations found in the literature, using analytical models related to parameters intrinsic to the corrosion phenomenon and to propagation time. The observed results in this work point out to the efficiency of this developed model and its applicability in view of the mechanical behavior of reinforced concrete structures liable to uniform corrosion.

Este trabalho verifica, por meio de análises numérico-paramétricas de lajes nervuradas, o quanto a desconsideração (ou a consideração de maneira simplificada) da excentricidade existente entre os eixos das nervuras e o plano médio da capa influencia nos resultados de deslocamentos e esforços atuantes nas peças que compõem estes sistemas. Foram apresentados os conceitos teóricos relativos à cada modelo de cálculo permitido pelas normas técnicas, e foram realizadas análises considerando variações nos seguintes parâmetros: relação entre a altura da capa e a altura total da laje nervurada; relação entre a distância entre os eixos das nervuras e a distância entre os pontos de apoio, e espaçamento entre os eixos das nervuras. Os diferentes modelos mecânicos foram analisados utilizando o método dos elementos finitos, por meio do programa computacional ANSYS 5.5, considerando-se um comportamento elástico-linear para o material concreto armado. Foram relacionados aspectos importantes a serem observados na escolha do modelo adequado, de acordo com os parâmetros analisados, para serem aplicados nos escritórios de cálculo. Verificou-se a necessidade da consideração da excentricidade, seja por modelo realista, ou por modelos simplificados, para a obtenção de resultados numéricos mais próximos do comportamento da estrutura real. / This work verifies, through parametric-numerical analysis of slabs stiffened with ribs, how much the disregard (or regard in a simplified way) of the existent eccentricity between the axis of the ribs and the medium plan of the plate influences on the results of displacements and acting efforts over the parts wich make the system. The theorical concepts related to each model of calculation allowed through technical codes have been presented, and, analysis have been made considering variations in the following parameters: relation between plate height and total height of the waffle slab; relation of distance between the axis of the ribs and the distance between the supporting points, and the gap between the axis of the ribs. Different mechanical models have been analysed using the finite element analysis, through the computer program ANSYS 5.5, considering an elastic-linear behaviour for the reinforced concrete material. Important aspects have been disclosed and should be carefully looked into for an adequate model choice, according to the analysed parameters to be applied in the design\'s offices. The need for eccentricity consideration has been verified, be it by using a realistic model or by simplified models, for close numerical results gathering of the real structural behaviour.

Este trabalho verifica, por meio de análises numérico-paramétricas de lajes nervuradas, o quanto a desconsideração (ou a consideração de maneira simplificada) da excentricidade existente entre os eixos das nervuras e o plano médio da capa influencia nos resultados de deslocamentos e esforços atuantes nas peças que compõem estes sistemas. Foram apresentados os conceitos teóricos relativos à cada modelo de cálculo permitido pelas normas técnicas, e foram realizadas análises considerando variações nos seguintes parâmetros: relação entre a altura da capa e a altura total da laje nervurada; relação entre a distância entre os eixos das nervuras e a distância entre os pontos de apoio, e espaçamento entre os eixos das nervuras. Os diferentes modelos mecânicos foram analisados utilizando o método dos elementos finitos, por meio do programa computacional ANSYS 5.5, considerando-se um comportamento elástico-linear para o material concreto armado. Foram relacionados aspectos importantes a serem observados na escolha do modelo adequado, de acordo com os parâmetros analisados, para serem aplicados nos escritórios de cálculo. Verificou-se a necessidade da consideração da excentricidade, seja por modelo realista, ou por modelos simplificados, para a obtenção de resultados numéricos mais próximos do comportamento da estrutura real. / This work verifies, through parametric-numerical analysis of slabs stiffened with ribs, how much the disregard (or regard in a simplified way) of the existent eccentricity between the axis of the ribs and the medium plan of the plate influences on the results of displacements and acting efforts over the parts wich make the system. The theorical concepts related to each model of calculation allowed through technical codes have been presented, and, analysis have been made considering variations in the following parameters: relation between plate height and total height of the waffle slab; relation of distance between the axis of the ribs and the distance between the supporting points, and the gap between the axis of the ribs. Different mechanical models have been analysed using the finite element analysis, through the computer program ANSYS 5.5, considering an elastic-linear behaviour for the reinforced concrete material. Important aspects have been disclosed and should be carefully looked into for an adequate model choice, according to the analysed parameters to be applied in the design\'s offices. The need for eccentricity consideration has been verified, be it by using a realistic model or by simplified models, for close numerical results gathering of the real structural behaviour.

This subject of this thesis is an apartment building with a garage in basement and three levels located in the part of Praha called Stodůlky. In this thesis are solved certain parts of reinforced concrete structures: foundation slab, slab above basement floor, column, stairway, cantilever slab and wall. Static behaviour of the object is analysed in the programme SCIA Engineer. The drawings of the reinforcements are made in the system programme AutoCAD and the superstructural programme for AutoCAD Recoc