Resumo em Português:
Resumo Em finais da década de 1960 engenheiros aeroportuários desenvolveram materiais de pavimentação especiais para reter trens de pouso de aeronaves em caso de avanço sobre a extensão final da área de segurança da pista. Tal material da superfície do pavimento, invertendo um conceito geral, deve ser esmagado na primeira passagem das rodas resultando no afundamento da aeronave que é prontamente retida, resultando em perda brusca de velocidade, de preferência evitando perdas de vidas e ferimentos, bem como riscos mínimos para a integridade estrutural do avião. Nesse estudo é analisada e discutida a possível aplicação do concreto permeável para tal tarefa, simulando uma situação real (aeroporto de Congonhas) e compreendendo os efeitos estruturais na camada superficial do concreto permeável, indicando tensões, deflexões e resistências requeridas para o material. As simulações consideraram a aeronave crítica A 320-200 bem como veículos de combate a incêndios sobre o pavimento. A análise atendeu aos requisitos da Federal Aviation Administration para estruturas de pavimento não padronizadas, bem como a simulação de tensões pelo método dos elementos finitos para placas medianamente espessas. Tensões de compressão juntamente com tensões excessivas de tração na flexão, além das tensões de cisalhantes (punção) previsíveis, permitiram concluir pela viabilidade do uso de concreto permeável de baixa resistência como alternativa para material de engenharia a ser construído como sistema de retenção de aeronaves.Resumo em Inglês:
Abstract From the late 1960’s airport engineers developed special paving material for arresting aircraft gears in event of overrun as a partial extension of a runway end safety area. Such pavement surface material, inverting a general concept, should be crushed over the first pass of gear wheels resulting the aircraft to sink and being promptly arrested resulting in abrupt loss of velocity, preferability avoiding loss of lives and injuries as well as with minimum risks for the airplane structural integrity. Herein is analyzed and discussed the possible application of pervious concrete for such a task by simulating an actual situation (Congonhas airport) and understanding the structural effects on the crushable concrete surface layer, pointing out stresses, deflections and required strengths for the material. Simulations regarded the critical aircraft A 320-200 as well as fire-fighters cars over the pavements. Analysis complied to Federal Aviation Administration requirements for non-standard pavement structures as well simulation of stresses trough the finite element method for medium-thickened plates. Compressive stresses along with flexural excessive stresses, besides predictable punching shear stresses allowed to conclude by the feasibility of using low strength pervious concrete as alternative for engineered material to be built as arresting system.Resumo em Português:
Resumo Obras de arte especiais com elementos estruturais mistos de aço e concreto consistem em uma solução popular, uma vez que tais elementos combinam os benefícios estruturais do aço e do concreto. Em pontes de pequenos e médios vãos, a solução que usualmente garante resultados econômicos interessantes é composta por uma laje de concreto sobre vigamento de aço em perfis I. Outras opções que despontam como alternativas eficientes na construção de obras de arte especiais são o sistema de vigas com conectores de cisalhamento em chapa de aço contínua recortada e o sistema de vigas mistas preflexionadas. Diante disso, o presente trabalho tem por objetivo a realização de um estudo comparativo das diferentes soluções de vigas mistas a fim de delimitar a performance das soluções propostas. Para tanto, o estudo de caso da superestrutura de uma ponte ferroviária de duas vias com vão biapoiado é apresentada em detalhes para definir os indicadores de desempenho das soluções. As soluções de vigas mistas propostas apresentaram vantagens quando comparadas com o sistema tradicional, demonstrando o impacto positivo de seu uso no contexto das obras de arte especiais.Resumo em Inglês:
Abstract Steel-concrete composite bridges are a popular solution due to the structural benefits of both steel and concrete. The typical system of a concrete slab and steel I-girders for small and medium-span bridges often displays the most economical results. However, other solutions emerge as innovative alternatives for bridge construction, such as composite beams with composite dowels and pre-cambered composite beams. This paper aims to develop a comparative study of these composite beam solutions to delimitate their efficiency, performance, and economy. Thus, a case study for the superstructure of a two-way simply supported railway bridge is detailed to define the composite beam’s performance indicators. The innovative alternatives presented benefits when compared to the traditional system, demonstrating the positive impact of their use on bridges.Resumo em Português:
Resumo Estudos apresentam um quadro preocupante no que se refere à conservação das Obras de Arte Especiais (OAEs) presentes nas rodovias brasileiras. Esse problema deve-se, em grande parte, à falta de um sistema eficiente para o gerenciamento das OAEs, especialmente na etapa de operação das estruturas, quando há necessidade de manutenções periódicas. Como solução, o Bridge Information Modeling (BrIM) tem se mostrado um sistema eficiente para o gerenciamento de OAEs, integrando diferentes tecnologias nesse processo. O objetivo desse trabalho é avaliar como o BrIM pode contribuir para o aperfeiçoamento dos procedimentos de gerenciamento das OAEs adotados no Brasil. A metodologia de pesquisa foi dividida em duas etapas. A primeira refere-se à revisão bibliográfica que apresenta o cenário do gerenciamento das OAEs no país, bem como à análise do uso do BrIM como uma ferramenta de gerenciamento de OAEs em um contexto geral. A segunda etapa apresenta um estudo de caso que aborda o processo de operação e manutenção de OAEs por uma concessionária de rodovias de um importante estado brasileiro. A análise permitiu concluir que, apesar da utilização do BrIM ser relativamente recente, sua adoção está em crescimento em vários países e pode contribuir substancialmente para o aperfeiçoamento da etapa de operação e manutenção de OAEs.Resumo em Inglês:
Abstract Studies have shown a worrisome condition as to the conservation of Civil Engineering Structures (CESs) in Brazilian highways. This situation mainly results from the lack of an efficient system for managing such structures, specifically during their operational stage, when periodic maintenance is required. As a solution, the Bridge Information Modeling (BrIM) has proven to be an efficient system for managing CESs, integrating different technologies into this process. The purpose of this paper is to assess how BrIM can contribute to improve the management procedures of these structures. The research methodology has been divided into two stages. The first one is the literature review detailing the management scenario of CESs in the country, as well as the analysis of the BrIM used as a tool to manage such structures in a general context. The second stage is a case study addressing the operational and maintenance process of CESs used by a highway concessionaire in an important Brazilian state. The analysis concluded that, although recent, the adoption of BrIM has been growing in several countries, and it can substantially contribute to improving the operational and maintenance stages of CESs.Resumo em Português:
Resumo A crescente produção de alumínio demanda crescentes volumes de resíduo da bauxita (RB) a serem estocados na região Amazônica. São milhões de toneladas de resíduo sem reaproveitamento, mas com elevado potencial para utilização na construção civil como artefatos ou insumos para concretos. Devido ao significativo consumo de agregados graúdos para concretos, tem-se a possibilidade de produção de agregado sintético (AS) de RB, contendo elevados teores do resíduo (70%, 80% e 90%), mantendo-se níveis satisfatórios de resistência. Para avaliar o novo produto, foram confeccionadas duas vigas com agregado convencional (brita) e outras duas com AS. Para a avaliação da resistência ao cisalhamento, foram feitos frisos (entalhes em angulações pré-definidas) para fixação da superfície de ruptura, visando reduzir as influências do efeito de arco na absorção do esforço cortante, induzindo a ruptura por cisalhamento na seção. Os frisos apresentaram inclinação de 30° e 45°, de acordo com os modelos de cálculo recomendados pela norma brasileira. As vigas foram submetidas a ensaios de flexão até a ruptura. Os resultados mostram que o AS apresenta potencial para uso em estruturas de concreto armado, com desempenho similar ao agregado convencional. Os resultados mostram ainda, a preponderância da tração diagonal à medida que a relação a/d aumenta, evidenciando a maior contribuição do agregado por efeito de engrenamento com o aumento da inclinação da biela.Resumo em Inglês:
Abstract The increasing aluminum production demands larger volumes of bauxite residue (BR) to be stored in the Amazon region. There are millions of tons of waste without reuse but with high potential for use in civil construction as artifacts or components for concrete. Due to the significant consumption of coarse aggregates for concrete, there is the possibility of producing synthetic aggregate (SA) from bauxite residue, containing high levels of residue (70%, 80% and 90%), maintaining satisfactory levels of resistance and durability. To evaluate this new product, two beams were made with conventional aggregate (gravel) and the others with SA. For the evaluation of the shear strength, friezes were made to fix the failure surface, aiming to reduce the influences of the arch action on the shear strength, inducing the failure in the brittle section. The friezes presented inclinations of 30° or 45°, according to the calculation models of the Brazilian code for concrete structures. All beams were subjected to bending test until failure. The results showed that the SA has potential for use in reinforced concrete structures, presenting a similar performance to the conventional aggregate. The results also showed the preponderance of tensile when the a/d ratio increases, evidencing the greater contribution of the coarse aggregate with the increase of the strut inclination.Resumo em Português:
Resumo Em muitas edificações urbanas há a presença de centrais de gás, as quais contém tanques pressurizados. Nesses locais, um dos principais riscos existentes é a explosão, que pode ser seguida ou não de incêndio. Em geral, a onda de choque formada por este tipo de fenômeno é desastrosa e pode ocasionar diversos danos materiais e até mesmo fatalidades. Pesquisas recentes têm contribuído para o entendimento dos sistemas protetivos contra este fenômeno, entretanto, é necessário avançar no desenvolvimento de dispositivos de proteção quanto as centrais de gás. Nessa perspectiva, a implementação destes para mitigação dos efeitos danosos das explosões é imprescindível para elevar o patamar de segurança nas construções. As barreiras físicas de proteção são soluções apropriadas para proteção de edificações, principalmente em locais onde há a impossibilidade de enterrar os reservatórios de gás. Além do potencial em reduzir os níveis de sobrepressão na parte posterior, os muros de proteção, quando corretamente projetados, também são capazes de impedir a propagação dos detritos oriundos da explosão. Outro tipo de barreira que influencia na propagação da onda de choque próxima ao solo são as valetas, cuja função está relacionada à absorção e redirecionamento da energia da onda. A compreensão sobre o posicionamento, geometria e potencial de atenuação de sobrepressões das barreiras físicas é indispensável no desenvolvimento de projetos mais seguros e confiáveis. Este artigo objetiva o estudo de barreiras protetivas em edificações com tanques de gás pressurizados. O estudo foi desenvolvido numericamente por meio do software Autodyn. Este programa é uma ferramenta baseada na dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Avaliou-se qualitativamente e quantitativamente a capacidade protetiva dos tipos de proteção propostos quanto à mitigação das sobrepressões incidentes.Resumo em Inglês:
Abstract In many urban buildings, there is the presence of gas central storage, which contain pressurized tanks. One of the main risks in these places is an explosion, which may or may not is followed by fire. In general, the shock wave formed by this phenomenon is disastrous and can cause material damage and even fatalities. Recent research has contributed to understanding protective systems against this phenomenon; however, it is necessary to advance in developing protection devices for gas central storage. From this perspective, the implementation plan of these devices in order to mitigate the harmful effects of explosions are essential to raise the safety level in construction. Physical protection barriers are appropriate solutions for the protection of buildings, especially in places where it is impossible to bury gas reservoirs. In addition to the potential to reduce back pressure levels, protective walls, when properly designed, can also prevent the spread of debris from the explosion. Another kind of barrier that influences the propagation of the shock wave close to the ground is the ditches, whose function is related to the absorption and redirection of wave energy. Understanding the positioning, geometry, and overpressure attenuation potential of physical barriers are essential in developing safer and more reliable projects. This article aims to study protective barriers in buildings with pressurized gas tanks. The study was developed numerically using the Autodyn software. This program is a tool based on computational fluid dynamics (CFD). The protective capacity of the proposed types of protection regarding the mitigation of incident overpressures was evaluated qualitatively and quantitatively.Resumo em Português:
Resumo O estudo objetiva pesquisar o uso da cinza da casca do murumuru (CCM), um resíduo agroindustrial gerado especificamente na região amazônica como substituição parcial do cimento no concreto estrutural e avaliar as características físicas, químicas e mineralógicas da cinza para atuação como filler no concreto, além de suas propriedades no estado fresco e endurecido no concreto. Com esse intuito, o CCM passou pelos ensaios de caracterização físico-mecânicas como o de massa específica, atividade pozolânica com cimento Portland, atividade pozolânica com a cal e ensaio de BET, realizando-se também as análises mineralógicas e químicas da cinza. Os resultados mostraram que existe uma viabilidade técnica com substituição parcial de 6% de CCM no cimento, utilizando-se aditivo plastificante para melhorar a trabalhabilidade, mostrando uma melhora nas propriedades físico-mecânicas e de durabilidade do concreto.Resumo em Inglês:
Abstract This research paper focuses on the use of murumuru husk ash (MHA), an agro-industrial waste generated specifically in the Amazon region, as partial replacement of cement in structural concrete. It also evaluates the physical, chemical and mineralogical characteristics of the ash to act as filler in concrete and its properties in the fresh and hardened states in concrete. To this end, the MHA performed physical-mechanical characterization tests, such as specific mass, pozzolanic activity with Portland cement, pozzolanic activity with lime, and BET test, also performing the mineralogical and chemical analysis of the ash. The results showed that there is technical feasibility with partial replacement of 6% of MHA in cement using plasticizer additive to improve workability, thus showing an improvement in the physical-mechanical and durability properties of the concrete.Resumo em Português:
Resumo Esse trabalho apresenta uma nova alternativa para a obtenção de Modelos de Bielas e Tirantes para estruturas de Concreto Armado através do Método de Otimização Topológica Híbrida, já proposto na literatura técnica, sendo aqui refinado para utilizar elementos finitos poligonais e acelerar a solução do problema da não linearidade material. Nesse método, o concreto é aproximado como meio contínuo, utilizando elementos finitos bidimensionais poligonais, e as barras de aço como elementos de treliça, utilizando elementos finitos unidimensionais com dois nós. Para uma representação mais próxima da realidade, implementou-se um modelo constitutivo ortotrópico para o concreto, considerando rigidezes distintas para a compressão e tração, sendo uma das vantagens do modelo. O método híbrido também limita a disposição final das barras de aço, gerando estruturas melhores do ponto de vista construtivo, enquanto permite uma maior liberdade para a forma e a inclinação das bielas de concreto. Como desvantagem, o método é mais complexo, aumentando o custo computacional, que porém foi substancialmente reduzido através da implementação de um procedimento. Os resultados obtidos para alguns domínios se aproximaram bastante dos resultados de outras metodologias, mas pequenas diferenças são notadas que podem ser relevantes para o resultado final. Outros domínios apresentaram resultados com maiores diferenças mudando de forma significativa o modelo de bielas e tirantes final, apresentando, assim, uma nova alternativa de dimensionamento.Resumo em Inglês:
Abstract This work introduces a new alternative to obtain strut-and-tie models using the hybrid topology optimization method, which is already proposed in the technical literature and is refined here to use polygonal finite elements and accelerate the solution of the material nonlinearity problem. In this method, concrete is approached as a continuum, using polygonal two-dimensional finite elements, and steel bars as truss elements, using one-dimensional finite elements with two nodes. For a closer representation of reality, an orthotropic constitutive model for concrete was implemented considering different compression and tensile stiffness values, which is one of the advantages of the model. Further, the hybrid method limits the final layout of steel bars, thereby generating better structures from a constructive point of view, while allowing greater freedom for the shape and concrete strut slope. However, this method is more complex, and it increases the computational cost, which was substantially minimized through the implementation of an algorithm. Results obtained for some domains were very close to the results of other methodologies; however, small differences were noted that may be relevant to the final result. Other domains showed results with greater differences, thereby significantly changing the final strut-and-tie model and presenting a new structural design alternative.Resumo em Português:
Resumo Na construção civil, as variações nas propriedades dos materiais juntamente com as diferentes técnicas construtivas e condições do ambiente, podem não ser totalmente consideradas no cálculo estrutural e ocasionar danos nas estruturas. O Monitoramento da Integridade Estrutural (MIE) possibilita acompanhar o comportamento estrutural, avaliar as condições da estrutura e inclusive investigar o acontecimento de danos e das possíveis necessidades de intervenções. No entanto, o MIE ainda é pouco implementado devido ao alto custo de instalação e complexidade de operação. Desta forma, o presente trabalho busca desenvolver um sistema de medição de deformações em estruturas de concreto armado através de extensômetros, amplificadores, conversores de sinais e de microprocessadores de baixo custo. Assim, foi construído um sistema de aquisição de dados de baixo custo e relativa facilidade de operação, composto pelo módulo amplificador AD620 e o conversor ADS1115. Ainda, para facilitar a instalação de extensômetros em campo, foi desenvolvida uma placa de aço com extensômetros fixados, formando uma ponte de Wheatstone. Para avaliar o sistema, foram realizados ensaios de compressão em um pilar, ensaios de flexão à quatro pontos em vigas, além do monitoramento de pilares de um edifício residencial em fase construtiva. Através da elaboração deste estudo, encontraram-se resultados favoráveis à utilização dos sistemas propostos, obtendo-se as deformações das estruturas de concreto armado.Resumo em Inglês:
Abstract In civil engineering, variations in material properties together with the application of different construction techniques and environmental conditions may not be fully considered in structural designs, which could lead to structural damages. Structural Health Monitoring (SHM) makes it possible to follow the behavior of a structure, allowing the evaluation of its conditions and the investigation of its damages and need for interventions. However, SHM is not commonly applied yet due to its high instrumentation cost and the complexity of its procedures. Therefore, the present work aims the development of a low-cost strain measurement system for reinforced concrete structures composed of strain gages, amplifiers, signal converters, and microprocessors. Thus, an easy-to-use and low-cost data system composed of an AD620 amplifier module and an ADS1115 converter was built. Additionally, to facilitate field instrumentations, a steel plate with strain gages arranged in a full Wheatstone bridge was also built. The evaluation of the system was conducted by lab testing a column, four-point bending tests of four beams, and the field monitoring of two columns in a residential building during construction. The results showed that the proposed system performed satisfactorily, being able to accurately measure the strains in reinforced concrete structures.Resumo em Português:
Resumo A desafiadora tarefa de projetar estruturas com segurança, eficiência econômica e sustentabilidade ambiental levou ao desenvolvimento de diversos materiais eficientes. Nesse contexto, cabe destacar o concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), dado o seu comportamento pós-fissuração propiciado pela incorporação de fibras no concreto. Códigos normativos recentes de projeto estrutural abordam esse compósito, sugerindo um bom desempenho estrutural o que colabora para ampliar a sua aplicabilidade. Apesar disso, a literatura ainda carece de um modelo constitutivo abrangente para descrever com precisão seu comportamento à tração. Este artigo analisa e compara três dos principais modelos constitutivos europeus, investigando fatores que possivelmente influenciam seu comportamento. Este estudo foi conduzido com base no método de análise de seção transversal, para que os gráficos de carga-CMOD pudessem ser plotados. Uma análise estatística foi realizada para classificar os modelos em relação a alguns parâmetros relevantes, tais como a resistência à compressão média da matriz e o volume de fibras. Os resultados mostram que a lei constitutiva proposta pela fib Model Code apresenta o melhor desempenho. Além disso, do conjunto de parâmetros considerados, a resistência à tração das fibras apresenta a maior sensibilidade com relação ao comportamento estrutural de pós-fissuração.Resumo em Inglês:
Abstract The challenging task of structural design under structural safety, economic efficiency and environmental sustainability constraints has led to the development of several efficient materials. In this context, steel fiber reinforced concrete (SFRC) stands out due to the post-cracking behavior related to its enhanced toughness. Recent structural design normative codes consider this composite, suggesting good structural performance and broadening its applicability. Nevertheless, literature still lacks a comprehensive constitutive model to precisely describe its tensile behavior. This paper analyzes and compares three of the main European constitutive models, investigating factors that possibly influence their behavior. This study was conducted based on the cross-sectional analysis method, so that load-CMOD graphs could be obtained. Statistical analysis was conducted to classify the models, regarding several relevant parameters, such as mean compressive strength of the matrix and fiber volume. Results show that the constitutive law proposed by the fib Model Code shows the best performance. Also, from the set of considered parameters, ultimate tensile fibers strength presents the greatest sensitivity concerning structural post-crack behavior.Resumo em Português:
Resumo Neste trabalho foi realizado um estudo sobre o comportamento à falha do aço dos conectores de cisalhamento fabricados com recortes regulares retangulares. A equação para a capacidade resistente relacionada à falha do aço da conexão é normalmente tratada na literatura em função da espessura, da resistência ao escoamento da chapa do conector, da repetição geométrica e do fator de forma. O estudo do conector com recorte regular retangular compreendeu a dedução da equação para a falha do aço segundo o critério de von Mises e a comparação dos resultados obtidos com resultados numéricos produzidos para esse trabalho e experimentais provenientes de outros trabalhos. É apresentado o fator de forma encontrado em cada fase do estudo. Além disso, a partir dos resultados numéricos foi possível avaliar a distribuição de tensões sobre o pino de aço do conector e verificar a coerência do modelo mecânico que considera uma seção crítica retilínea e um carregamento uniformemente distribuído devido à pressão do concreto sobre o pino de aço.Resumo em Inglês:
Abstract In this work, a study was carried out on the steel failure behavior of composite dowel shear connectors with regular rectangular cutoff. The bearing capacity equation related to the steel failure is normally treated in the literature as a function of the thickness, yield strength, geometric repetition and shape coefficient. The connector with regular rectangular cutoff study comprised the deduction of the steel failure equation according to von Mises criterion and the comparison of the results obtained from numerical analysis produced for this work and experimental results from literature. The shape coefficient found in each phase of the study is presented. Furthermore, from the numerical results it was possible to evaluate the stress distribution on the steel dowel and verify the coherence of the mechanical model that considers a straight critical section and a uniformly distributed load due to the concrete pressure on the steel dowel.