Resumo em Português:
Resumo Mudanças no estado de tensões de um meio sólido causam pequenas variações nas velocidades de propagação de ondas mecânicas. A Correlação Cruzada (CC) é uma ferramenta utilizada para avaliação de similaridade entre dois conjuntos de dados. Este artigo aborda o uso da função CC para extração de características em dados de ensaios ultrassônicos que avaliam o estado de tensões em um corpo de prova de concreto submetido a carregamentos de compressão. A função CC foi aplicada aos sinais, e uma análise dos parâmetros relevantes (e.g., Domínio-CC, janela de tempo e tempo central) avaliou as diferenças entre os vários níveis de tensão. Os resultados mostraram que as variações nos diagramas ∆V/V0 vs. tensão foram menores no regime elástico, enquanto os parâmetros analisados tiveram grande influência sobre o resultado. Ondas secundárias foram mais adequadas para análises de variação de tensão por serem menos influenciadas por tamanho da janela e tempo central.Resumo em Inglês:
Abstract Changes in the stress state of a solid medium cause small variations in wave propagation velocities. Cross-correlation (CC) is a tool used for similarity evaluations between two data series. This paper addresses the use of the CC function for the feature extraction of ultrasonic test data that evaluated the stress state in a concrete specimen subjected to compressive loads. The CC function was applied to waveforms, and an analysis of influential parameters (e.g., CC-Domain, time window, and center-time) assessed the differences between the various stress levels. The results showed the variations in ∆V/V0 vs. stress diagrams were lower in the elastic regime, whereas the analyzed parameters highly influenced the results. S-waves were more suitable for analyses of stress variation, since they were little influenced by time window and center-time.Resumo em Português:
resumo: A atualização do mapa de isopletas da norma NBR 6123 – Forças devidas ao vento em edificações – é um dos aspectos tratados no âmbito do trabalho da comissão encarregada da revisão da citada norma. Tradicionalmente estes mapas são elaborados por meio de análises de valores extremos das velocidades do vento registradas em estações meteorológicas, da aplicação de métodos estatísticos para caracterização dos dados, e de interpolação matemática para geração do mapa. Entretanto, a distribuição espacial dos fenômenos atmosféricos responsáveis por ventos fortes no Brasil não pode ser desconsiderada. Este trabalho apresenta uma proposta para um novo mapa de isopletas da velocidade básica do vento para a NBR 6123 elaborado com base em uma abordagem climatológica e em recente pesquisa incluindo novos dados de centenas de estações meteorológicas. Inicialmente foi desenvolvido um mapa de regiões climáticas associadas aos fenômenos que produzem ventos fortes, a partir do qual o mapa de isopletas foi traçado. Resultaram isopletas associadas a velocidades de vento variando entre 30 e 48m/s.Resumo em Inglês:
abstract: Updating the basic wind speed map of NBR 6123 –-Wind loading on buildings – is one of the duties of the committee responsible for the revision of this code. Traditionally such maps are elaborated by means of extreme value wind speed data collected at meteorological stations, use of statistical methods for data characterization, and application of mathematical regression to elaborate the territorial maps. However, the spatial distribution of the atmospheric phenomena responsible for strong winds cannot be disregarded. This work presents a proposal for a new wind speed map for NBR 6123 combining a climatological approach and wind speed data recently compiled from hundreds of meteorological stations. A climatological wind map was first produced considering the phenomena which cause strong winds, and used as a basis to draw the isopleths of the basic wind speed map, considering the measured wind speed data. The resulting map shows basic wind speeds ranging from 30 to 48m/s.Resumo em Português:
resumo As pontes rodoviárias geralmente estão sujeitas a ações dinâmicas aleatórias de magnitude variável devido aos comboios de veículos que cruzam o tabuleiro da ponte ao longo de sua vida útil. Diante deste contexto, a condição de deterioração da superfície do pavimento asfáltico da estrutura torna-se relevante para avaliar os valores de deslocamentos e tensões. Deste modo, este trabalho de pesquisa tem como objetivo desenvolver uma metodologia de análise para avaliação da resposta estrutural dinâmica de pontes rodoviárias mistas (aço-concreto), considerando-se as ações dinâmicas oriundas do tráfego de comboios de veículos sobre a superfície irregular, além do efeito da deterioração progressiva da superfície do pavimento. As conclusões desta investigação indicam que os valores de deslocamentos e tensões são consideravelmente superiores, com amplificações de até quatro vezes, quando o efeito da deterioração do pavimento da pista é considerado na análise dinâmica da ponte.Resumo em Inglês:
abstract: Highway bridges are usually subjected to random dynamic actions of variable magnitude due to vehicles convoys crossing on the bridge pavement deck along their service life. In this context, the asphalt pavement deteriorated road surface condition represents a key issue to assess the bridge displacement and stress values. This way, this research work aims to develop an analysis methodology in order to assess the dynamic structural behaviour of steel-concrete composite highway bridges including the vehicles convoys dynamic actions and the pavement progressive deterioration effect. The conclusions of this investigation have indicated that the displacements and stresses values are considerably higher, with relevant amplifications up to four times, when the road pavement deterioration effect is considered in the bridge dynamic analysis.Resumo em Português:
resumo: Investigações experimentais têm sido comumente usadas para melhorar o conhecimento existente sobre o projeto estrutural, apresentando conclusões precisas sobre o comportamento da estrutura. No entanto, considerando as limitações dos estudos experimentais, como quantidade restrita de extensômetros, patologias inesperadas, dificuldades de previsão do correto posicionamento das fissuras ou simples economia de custos, o uso da análise numérica pode apresentar algumas abordagens inovadoras para a compreensão do processo de falha em elementos de concreto, apresentando resultados mais fáceis onde programas experimentais dificilmente podem relatar. Este estudo apresenta a análise numérica de oito vigas experimentadas por Sherwood [26], com dois tamanhos diferentes e agregados de tamanhos variados, buscando-se entender a influência do tamanho do agregado na resistência ao cisalhamento de vigas sem estribos. A abordagem numérica foi usada para avaliar a influência de cada mecanismo de cisalhamento interno e para identificar a quantidade específica de força de pino, transferência de cisalhamento na zona de compressão não fissurada e a parcela de intertravamento de agregados. Os resultados mostraram que resultados razoáveis podem ser obtidos por abordagens de fissuras distribuídas 2D, permitindo a identificação da maior porção de intertravamento do agregado em vigas com maiores tamanhos de agregado graúdo. A comparação do efeito de escala em vigas permitiu concluir que uma maior contribuição do intertravamento de agregados pode ser obtida em vigas grandes, com quase 64% da contribuição total, enquanto as vigas menores tiveram apenas 43%. Os resultados de Sherwood [26] foram comparados com as normas Model Code [23], CSA-A.23.3 [24], NBR 6118 [38] e ACI 318 [39] para avaliar a precisão das normas estudadas. Com relação a previsão da ruptura dos elementos por meio dos mecanismos internos do concreto, as instruções normativas Model Code [23] e CSA A.23.3 [24] resultaram valores mais precisos.Resumo em Inglês:
abstract: Experimental investigations have been commonly used to improve the existing knowledge about structural design, presenting accurate conclusions regarding structure behavior. However, considering the limitations of experimental studies, such as restricted amount of strain gauges, unexpected pathologies, difficulties to foresee the correct position of cracks, or simply saving in costs, the use of numerical analysis can present some innovative approaches to understand the process of failure in concrete elements, presenting easier results where experimental programs can hardly report. This study presents the numerical analysis of eight beams experimented by Sherwood [26], with two different sizes and variable aggregate sizes, seeking to understand the influence of coarse aggregate size in shear strength of beams without stirrups. The numerical approach was used to derive the influence of each internal shear mechanism and to identify the specific amount of dowel force, shear transfer by uncracked compression zone and aggregate interlock portion. The results showed that fair results can be obtained by 2D smeared crack approaches, enabling the identification of major aggregate interlock portion in beams with bigger coarse aggregate sizes. Comparing the size effect in beams allowed us to conclude that a higher contribution of aggregate interlock contribution can be obtained in large beams, with almost 64% of the total contribution, whereas smaller beams had only 43%. To evaluate the accuracy of the studied mechanisms, the results of Sherwood [26] were compared with the standards Model Code [23], CSA-A.23.3 [24], NBR 6118 [38], and ACI 318 [39]. Regarding the prediction of element rupture by concrete internal mechanisms, the normative instructions Model Code [23] and CSA A.23.3 [24] were the closest to the experimental results.Resumo em Português:
resumo: O dimensionamento de estruturas de concreto armado a partir de esforços provenientes de análise linear é permitido pelas normas e conduz a estruturas seguras. O modelo estrutural elaborado para a análise pode ser composto não somente de elementos de barra e de casca, mas também de elementos sólidos. Neste trabalho, a formulação do Método dos Sólidos Armados (MSA) foi revista e a aplicada ao dimensionamento em ELU de uma peça de concreto, com cálculo da armadura e verificação do concreto em cada um dos elementos sólidos componentes do modelo estrutural. Os resultados foram visualizados em um pós-processador e validados por simulações numéricas. O MSA permite o dimensionamento de estruturas com geometria e carregamento genéricos, identificando, ao mesmo tempo, efeitos localizados no interior do volume da estrutura.Resumo em Inglês:
abstract: The design of reinforced concrete structures starting from a linear analysis is allowed by design codes and leads to safe solutions. The structural model built for the analysis may be composed not only of bar and shell elements, but also solid elements. In the present work, the formulation of the Reinforced Solid Method (RSM) was reviewed and applied to the Ultimate Limit State design of a reinforced concrete member, with the computation of the required reinforcement and concrete check of each individual solid element within the structural model. The results were visualized in a post-processor and validated by numerical simulations. The RSM effectively allows for the design of concrete structures with general geometry and loading conditions, whilst identifying local effects throughout the volume of the structure.Resumo em Português:
resumo: A ruptura por punção é causada pela concentração de tensões de cisalhamento na ligação laje-pilar de lajes lisas de concreto armado. Por se tratar de uma ruptura frágil, é fundamental entender como esse mecanismo funciona e prever corretamente a resistência das lajes submetidas a ele. Neste artigo, modelos baseados em aprendizado de máquina foram desenvolvidos e comparados para prever a resistência à punção de lajes internas de concreto armado sem armadura de cisalhamento. Os modelos foram baseados em 373 resultados experimentais de lajes apoiadas sobre pilar intermediário. Os algoritmos de rede neural artificial, árvore de decisão, floresta aleatória e extreme gradient boosting foram empregados. As variáveis de entrada aqui consideradas foram a altura útil das lajes, taxa de armadura de flexão, largura efetiva dos pilares, resistência à compressão do concreto e tensão de escoamento do aço, e a variável alvo foi a resistência à punção. Os resultados das resistências ao cisalhamento obtidos pelos modelos desenvolvidos, bem como aqueles obtidos pelo emprego de modelos apresentados em cinco códigos de projeto de concreto armado, foram comparados com os dados experimentais. Todos os modelos de aprendizado de máquina apresentaram coeficiente de determinação acima de 0,95 para dados de teste. Quanto aos modelos de normas de projeto, foram observadas grandes discrepâncias entre eles, com a norma brasileira apresentando maior precisão que as demais na previsão da carga de ruptura das lajes.Resumo em Inglês:
abstract: Punching shear failure is caused by shear stress concentration in the slab-column connection of reinforced concrete flat slabs. As it is a brittle failure, it is crucial to understand how this mechanism works and to correctly predict the resistance of slabs subjected to it. In this paper, machine learning-based models were developed and compared to predict the punching shear resistance of reinforced concrete interior slabs without shear reinforcement. The models were based on 373 experimental data of interior slabs. Artificial neural network, decision tree, random forest and extreme gradient boosting algorithms were employed. The input variables considered herein were the effective depth of the slabs, flexural reinforcement ratio, effective width of the columns, concrete compressive strength and steel yield strength, and the target variable was the punching shear strength. The results for the punching shear resistances obtained by the developed models, as well as those obtained by employing models presented in five reinforced concrete design codes, were compared to the experimental data. All machine learning models showed coefficient of determination above 0.95 for test data. As for the design code models, large discrepancies were observed between them, with the Brazilian code showing more accuracy than the others in predicting the failure load of the slabs.Resumo em Português:
resumo: Neste trabalho é proposto um procedimento para o uso de modelos de diagonais equivalentes múltiplas na análise estrutural de pórticos de concreto armado preenchidos com alvenarias participantes submetidos a carregamentos horizontais. Propõe-se que as excentricidades das diagonais equivalentes sejam obtidas a partir da largura da diagonal equivalente do modelo clássico de diagonal única, cujo valor pode ser obtido a partir de expressões analíticas da literatura. Os modelos propostos são validados por meio de modelagem via Método dos Elementos Finitos (MEF) que simula o contato alvenaria-pórtico. Concluiu-se que a modelagem proposta forneceu resultados melhores que o modelo clássico de diagonal única na obtenção da máxima força cortante atuante nos pilares. Notou-se também que as diferenças dos modelos de diagonais equivalentes em relação aos resultados MEF foram maiores com o aumento da rigidez da alvenaria participante.Resumo em Inglês:
abstract: In this paper, a procedure is proposed for the use of multi-strut models for the structural analysis of RC frames infilled with participating masonry subjected to lateral loads. It is therefore proposed that the eccentricities of the equivalent struts be obtained from the equivalent strut width of the classic single-strut model, whose value can be estimated from analytical expressions in the literature. The proposed models are validated by Finite Element Method (FEM) modeling, which simulates the contact between the infill masonry and the frame. It could be concluded that the proposed modeling provided better results than the classic single-strut model in obtaining the maximum shear force acting in the columns. It was also noted that the differences of the equivalent strut models in relation to the FEM results were higher with the increase of the participating masonry stiffness.Resumo em Português:
resumo: As edificações são compostas por vários sistemas, cada um com projetos e normas específicas para garantir que as construções sejam seguras e viáveis. Muitos edifícios residenciais, comerciais e industriais possuem sistemas com centrais de gás, as quais devem ser submetidas à rigorosos critérios de segurança para evitar acidentes. Além dos mecanismos de segurança fornecidos pelos fabricantes, os projetistas dessas centrais de gás devem considerar outros dispositivos para reduzir o risco de explosão e mitigar os efeitos danosos da explosão. As explosões são fenômenos físico-químicos que se caracterizam pela expansão súbita de um material e, consequentemente, liberação de energia. Quando ocorre uma explosão acidental, muitos danos são causados pela onda de choque e fragmentos. No caso de vasos sob pressão, pode ocorrer a explosão mecânica e a compreensão dos efeitos desse evento é essencial para o desenvolvimento de projetos mais confiáveis e seguro para as edificações e seus usuários. Este trabalho tem como objetivo o estudo dos efeitos da explosão de tanques de gás. Neste estudo, é utilizada uma ferramenta computacional baseada em fluidodinâmica computacional (CFD); o Autodyn. Esse software permite a modelagem de cenários complexos de explosão e a avaliação de parâmetros de ondas de choque. Para cada modelo numérico, são avaliados os níveis de sobrepressão no exterior e no interior. Os resultados indicaram como se deu a distribuição das sobrepressões da onda em diversos cenários e partir deles foi possível traçar estimativas de dano.Resumo em Inglês:
abstract: Buildings are composed of several systems, each with specific designs and regulations to ensure that constructions are safe and viable. Many residential, commercial, and industrial buildings have systems with gas central storage, which must be subjected to strict safety criteria to avoid accidents. In addition to the safety mechanisms provided by manufacturers, designers of these gas central storage must consider other devices to reduce explosion risk and mitigate the damaging blast effects. Explosions are physical-chemical phenomena that are characterized by the sudden expansion of a material and, consequently, energy release. When an accidental explosion occurs, much damage is caused by the shock wave and fragments. In the case of pressure vessels, a mechanical explosion can occur. Studying this explosion is essential to developing a more reliable, safe design for surrounding buildings and its users. This work aims to study the effects of gas tank explosions. In this study, the Autodyn computational tool based on fluid dynamics (CFD) is used. This software allows the modeling of complex explosion scenarios and the evaluation of blast wave parameters. For each numerical model, the overpressure levels outdoors and indoors are evaluated. The results indicated how the wave overpressures are distributed in different scenarios, and from them, it was possible to analyze the damaging levels.Resumo em Português:
Resumo: O presente trabalho consistiu na elaboração de um modelo computacional para avaliar o comportamento de paredes de contraventamento de alvenaria estrutural de blocos considerando-se os efeitos da fissuração das juntas de argamassa na perda de rigidez. Com esse intuito foi utilizado o modelo simplificado de barras equivalentes, incluindo-se elementos de ligação entre as barras para simular numericamente os efeitos da fissuração. As análises foram realizadas utilizando-se o programa computacional SAP2000 e consistiram na modelagem de quatro paredes de contraventamento na escala 1/3 que foram ensaiadas experimentalmente. Os resultados indicaram que a modelagem computacional idealizada reproduziu de forma consistente os efeitos da fissuração na junta de argamassa, simulando adequadamente o comportamento não linear da alvenaria.Resumo em Inglês:
Abstract: This study presents a computational model to analyze structural masonry shear walls behavior considering the effects of mortar joint cracking on loss of stiffness. The simplified equivalent frame model was used but including link elements between the frame node to simulate the effects of cracking. The analyses were conducted using the SAP2000 computer program and consisted of modeling four shear walls on a 1/3 scale which were experimentally assessed. The results indicated that the proposed computational modeling approach consistently reproduced the effects of cracking at mortar joints, accurately simulating the nonlinear behavior of masonry.Resumo em Português:
Resumo A corrosão do aço é a principal causa de degradação do concreto estrutural, implicando elevados custos com reabilitação e reparos. Diante disto, barras de FRP – Polímeros Reforçados por Fibras – constituem uma alternativa ao aço convencional em virtude de sua excelente resistência à corrosão. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um programa para dimensionamento da armadura de FRP à flexão em vigas de seção T. As diferentes possibilidades referentes à posição da linha neutra, modo de falha e comportamento linear ou não-linear do concreto definem os cenários de dimensionamento para os quais se aplicam as formulações desenvolvidas. Os momentos resistentes calculados apresentaram concordância com valores obtidos experimentalmente, validando a metodologia proposta. Uma vez que as barras de FRP são suscetíveis à ruptura por fluência, tensões devido a cargas permanentes devem se manter inferiores ao limite estabelecido pelo ACI 440.1R-15, ajustando-se as áreas de armadura quando necessário. Desta maneira, foram implementadas no programa, as equações para cálculo da linha neutra e momento resistente baseadas nas áreas ajustadas. Subsequentemente, são apresentados exemplos de dimensionamento considerando os diversos cenários para os quais desenvolveram-se as formulações, combinando-se diferentes tipos de FRP a variadas classes de concreto. Os resultados mostraram que vigas T armadas com FRP de aramida e vidro exigiram elevadas áreas de armadura para atender ao estado limite de ruptura por fluência. Em contrapartida, seções armadas com FRP de carbono exigiram áreas menores, porém exibindo ruptura frágil e curvaturas reduzidas quando sub-armadas.Resumo em Inglês:
Abstract The corrosion of steel rebars is the main cause of reinforced concrete degradation, which results in increasing costs with structural rehabilitation and repairs. As a solution, corrosion resistant rebars, such as those of FRP – Fiber-reinforced polymer –, have been used to replace conventional steel. This paper describes the development of a design program that calculates the flexural FRP reinforcement of T-shape beams. The possibilities as regards the neutral axis position, failure mode and concrete linear or non-linear behavior define the design scenarios for which their respective equations were deduced. The flexural strengths computed using the deduced equations showed agreement with experimental results for 125 beams, validating the proposed methodology. Since FRP rebars are vulnerable to creep rupture, the sustained stresses must be lower than the maximum allowed by ACI 440.1R-15, which may require increases in areas, modifying the flexural strength. Therefore, the equations to compute the new neutral axis depth and flexural strength based on the adjusted area were deduced and implemented in the computational program. Subsequently, this paper presents design examples considering all scenarios for which the equations were deduced. The design of one T-section considering different FRP rebars combined to normal and high-performance concretes is also reported. The results showed that beams reinforced with aramid and glass FRP required large areas to avoid creep rupture, whereas the areas of those reinforced by carbon FRP rebars were considerably small; however, they exhibited small curvatures and fragile failure when under-reinforced.