Resumo em Português:
Resumo O crescimento das cidades afeta a sua superfície permeável, o que pode desequilibrar os ciclos hidrológicos. O concreto permeável pode ser uma solução viável para combater os impactos ambientais urbanos relacionados a esses problemas. Este tipo de concreto é caracterizado pela presença de poros interligados e pela sua alta capacidade de drenagem. Esta pesquisa visa analisar a relação entre a forma dos agregados, a resistência mecânica e a permeabilidade de placas de concreto permeáveis contendo escórias de aciaria. Utilizou-se um método baseado no Processamento Digital de Imagem (PDI) para avaliar as propriedades da forma do agregado. Foram testadas três misturas diferentes, utilizando três tipos de agregados graúdos (brita 12,5 mm, brita 9,5 mm, e escória grossa), e um tipo de agregado fino (escória fina), e foram obtidos valores resistência à flexão, fluxo e coeficientes de permeabilidade para as placas. Os resultados mostraram o potencial da utilização de escória de aciaria, com resultados de resistência à flexão elevados (4,61 MPa). Determinaram-se relações entre parâmetros de forma agregados e propriedades das placas, com um agregado mais polido, mais angular e mais esférico, resultando em valores de resistência à flexão mais elevados e coeficiente de permeabilidade mais baixos. Observou-se uma relação inversa entre os parâmetros de permeabilidade das lajes e a resistência à flexão.Resumo em Inglês:
Abstract The growth of cities affects their permeable surface, which can unbalance hydrological cycles. The pervious concrete can be a viable solution to combat urban environmental impacts in this subject. This type of concrete can be told apart by the presence of interconnected pores and its drainage capacity. This paper aims to analyze the relationship between aggregate shape, mechanical resistance, and permeability of pervious concrete slabs containing steel slag. A Digital Image Processing (DIP) based method was used to measure aggregate shape properties. Three different mixes, using three types of coarse aggregate (gravel 12.5 mm, gravel 9.5 mm, and coarse steel slag), and a type of fine aggregate (fine slag) were tested, and flexural strength, flow, and permeability coefficients were obtained for the slabs. Results showed the potential of using steel slag, with higher flexural strength results (4.61 MPa). Indications of the relationship between aggregate shape parameters and slab properties were determined, with more polished, more angular, and more spherical material resulting in higher flexural strength values and lower permeability coefficient. The inverse relationship between the slabs’ permeability parameters and flexural strength was observed.Resumo em Português:
Resumo Na engenharia civil, a estabilidade de muitas estruturas depende das propriedades físicas do contato entre o concreto assentado na superfície rochosa de fundação. Geralmente são estruturas críticas e de grande importância para a sociedade, tais como: pontes, túneis e barragens. Assim, o comportamento ao cisalhamento das juntas rocha-concreto é um fator chave da estabilidade estrutural. O método das zonas coesivas (MZC) permite simular o início da formação de uma fissura e a sua propagação, sem saber a localização da fissura ou quando esta irá começar. Assim, neste trabalho foi desenvolvido um modelo numérico capaz de simular a ruptura por descolamento interfacial do contato entre uma estrutura formada por argamassa assentada sobre uma superfície inclinada de granito rochoso. A calibração do modelo numérico foi realizada através dos resultados de ensaios experimentais de compressão simples sobre um bloco de rocha em contato com a argamassa por uma interface inclinada. O teste foi monitorado por meio de uma câmera digital de alta resolução. Os dados foram processados utilizando o método de correlação de imagens digitais (CID) para obtenção dos dados de deslocamento do ensaio laboratorial. Os resultados do método CID foram utilizados para calibrar o modelo numérico não linear do ensaio utilizando o método bilinear de zona coesiva nos elementos de contato interfacial rocha-argamassa. Através de uma análise paramétrica variando o parâmetro de tensão cisalhante máxima dos elementos coesivos de contato, determinou-se a lei bilinear ajustada (tensão máxima de tração, deslocamento crítico e taxa de dano). Indiretamente, também foi estimada a taxa de liberação de energia de deformação crítica proveniente da ruptura do contato.Resumo em Inglês:
Abstract In civil engineering, the stability of many structures depends on the physical properties of the contact between the concrete seated on the rocky foundation surface. Usually, they are critical structures of great importance to society, such as: bridges, tunnels and dams. Thus, the shear behavior of rock-concrete joints is a key factor of the structural stability. The method of cohesive zones (CZM) allows to simulate the beginning of the formation of a crack and its propagation, without knowing the crack location or when it will start. Thus, in this work, a numerical model was developed capable of simulating the failure due to interfacial delamination of the contact between a structure formed by mortar seated on a rocky granite leaning surface. The calibration of the numerical model was performed using the experimental test results of simple compression on a block of rock in contact with the mortar by an inclined interface. The test was monitored using a high-resolution digital camera. The data were processed using the digital image correlation method (DIC) to obtain displacement data of the laboratory test. The DIC results were used to calibrate the nonlinear numerical model of the test using the bilinear method of cohesive zone in the rock-mortar interfacial contact elements. By a parametric analysis varying the maximum shear stress parameter of the contact cohesive elements, the bilinear law was adjusted (Maximum tensile stress and critical displacement and damage rate). Indirectly, the rate of release of energy of critical deformation from the rupture of the contact was also estimated.Resumo em Português:
Resumo O bom desempenho da alvenaria depende não somente da qualidade dos blocos e argamassas, mas também das interações que se processam entre eles. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência das unidades e das argamassas na resistência à compressão da alvenaria. Prismas foram produzidos com blocos de concreto de resistências nominais de 8 e 10 MPa e argamassas mistas e industrializadas com resistências inferior, aproximada e superior à do bloco. Superfícies de resposta e gráficos de contorno foram desenvolvidos para mostrar o efeito das unidades e das propriedades das argamassas na resistência dos prismas. Estimativas foram realizadas e os mecanismos de ruptura dos prismas para diferentes combinações de bloco e argamassa foram analisados. Os prismas romperam de forma dúctil (argamassas mais fracas), pela ruptura do conjunto (argamassas intermediárias) e de forma frágil (argamassa mais fortes), principalmente pela tração nos blocos. Os resultados complementam as pesquisas da área já existentes e pode ser usado para selecionar corretamente blocos e argamassas para alvenaria estrutural.Resumo em Inglês:
Abstract The performance of masonry structures depends not only on the quality of blocks and mortars but also on their interactions. This study aims to evaluate the influence of unit and mortar characteristics on the compressive strength of masonry. Prisms were produced using concrete blocks with nominal strengths of 8 and 10 MPa, combined with mixed and industrialized mortars with lower, similar, and higher strengths compared to the blocks. Response surfaces and contour plots were generated to visualize the effects of unit and mortar properties on prism strength. Estimations were performed, and the failure mechanisms of prisms for various combinations of blocks and mortars were analyzed. The failure modes of the prisms were characterized by ductile failure (in weaker mortars), cohesive rupture of the assembly (in intermediate-strength mortars), and brittle failure (in stronger mortars), primarily due to lateral tensile forces acting on the blocks. The findings of this research contribute to the existing knowledge database in the field and can assist in the appropriate selection of blocks and mortars for structural masonry applications.Resumo em Português:
Resumo Estruturas de concreto armado, quando submetidas ao fogo, têm sua resistência mecânica reduzida em função da mudança de comportamento do material. Muitas pesquisas experimentais e numéricas sobre o comportamento do concreto exposto ao fogo têm sido realizadas em vigas e pilares, sendo as lajes menos estudadas, principalmente devido à sua dimensão e consequentemente maiores custos de ensaio. Este artigo realizou uma análise numérica do comportamento termomecânico de lajes de concreto armado expostas ao fogo, utilizando modelagem por elementos finitos. A análise paramétrica realizada alterando o tipo de agregado do concreto mostrou que, quando exposta à curva de incêndio ISO834, o deslocamento no centro da laje com agregado silicioso foi 47% maior do que a laje com agregado calcário. Analisando a abertura de fissuras, para as lajes expostas à curva de incêndio ISO834, as primeiras fissuras de 1mm foram notadas aos 18min quando se utilizou agregado calcário, enquanto as lajes com agregado silicioso iniciaram aos 13min.Resumo em Inglês:
Abstract Reinforced concrete structures, when subjected to fire, have their mechanical resistance reduced related to the behavioral change of the material. Many experimental and numerical research on the behavior of concrete exposed to fire have been carried out on beams and columns, with slabs being studied less frequently, mainly due to its size and consequently higher research costs. This paper carried out a numerical analysis of the thermomechanical behavior of reinforced concrete slabs exposed to fire, using finite element modeling. The parametric analysis carried out changing the aggregate type of concrete showed that when exposed to ISO834 fire curve, the displacement in the center of slab with siliceous aggregate was 47% higher than the slab with calcareous aggregate. Analyzing the crack opening, for slabs exposed to ISO834 fire curve, the first 1mm-cracks were noticed at 18min when using calcareous aggregate, while the slabs with siliceous aggregate started at 13min.Resumo em Português:
Resumo A reação álcali-sílica (RAS) é um dos problemas que pode comprometer a durabilidade do concreto, uma vez que as reações químicas entre o agregado reativo e a solução porosa do concreto, em particular, sódio (Na+), potássio (K+), cálcio (Ca2+) e hidroxila (OH-) na presença de umidade, desencadeiam a expansão e fissuração dos elementos de concreto. O uso de materiais pozolânicos, como o pó de vidro finamente moído (com partículas abaixo de 75μm), para substituir parcialmente o cimento, tem sido amplamente estudado e demonstrou resultados benéficos. No entanto, devido ao fato de que o comportamento das pozolanas em relação à RAS ainda não é completamente compreendido, este trabalho avalia o efeito da incorporação de pó de vidro moído em compósitos cimentícios frente a RAS. Para isso, 8% de sílica ativa como controle, e quatro teores de pó de vidro (10, 20, 30 e 50%) foram incorporados à mistura cimentícia em substituição parcial ao cimento. Testes de expansão foram realizados de acordo com a NBR15577-4 (ABNT, 2018) em barras de argamassa usando o método de teste acelerado para avaliar a mitigação das expansões. Os resultados mostram que as expansões causadas pela RAS diminuíram com o aumento do teor de pó de vidro das misturas de cimento. Além disso, apenas o nível de 50% reduziu as expansões a um valor seguro de acordo com a norma brasileira.Resumo em Inglês:
Abstract The alkali-silica reaction (ASR) is one of the problems that can compromise concrete durability, as the chemical reactions between the reactive aggregate and concrete pore solution, specifically sodium (Na+), potassium (K+), calcium (Ca2+) and hydroxyl (OH-) in the presence of moisture, trigger expansion and cracking of concrete elements. The use of pozzolanic materials, such as finely ground glass powder (particles smaller than 75μm), to partially replace cement has been widely studied and has demonstrated beneficial results. However, because the behavior of pozzolans towards ASR is not completely understood yet, this work evaluates the effect of incorporating ground glass powder into cementitious composites against ASR. To this end, 8% silica fume was used as a control admixture, and four levels of glass powder (10, 20, 30, and 50%) were incorporated into the cementitious mixture to partially replace cement. Expansion tests were carried out in accordance with NBR15577-4 (ABNT, 2018) on mortar bars using the accelerated test method to assess the mitigation of expansions. The results show that the expansions caused by ASR decreased with the increasing content of glass powder in the cement mixtures. Furthermore, only the 50% level reduced the expansions to a safe value according to the Brazilian standard.Resumo em Português:
Resumo Lajes com fôrmas metálicas utilizadas durante a concretagem são um sistema estrutural misto composto de aço e concreto. O modo de falha por cisalhamento horizontal é o mais comum em lajes mistas com bases em numerosos estudos experimentais. Esta falha consiste na perda de aderência e contato mecânico do sistema misto e, frequentemente, ocorre antes do sistema atingir sua capacidade máxima à flexão plástica. Assim, o projeto deste sistema construtivo é determinado pela sua resistência ao cisalhamento longitudinal, que pode ser determinada pelo método semiempírico convencional m-k com base no ensaio de flexão de quatro pontos proposto por diversas normas. Um dos fatores conhecidos de maior influência na resistência ao cisalhamento longitudinal é a geometria das mossas presentes na fôrma metálica. Simulações computacionais por meio do método dos elementos finitos calibradas com base em resultados experimentais podem ser uma alternativa à realização deste tipo de ensaio. O presente trabalho modificou e adaptou uma metodologia que inclui explicitamente a geometria das mossas na análise de modo a usar materiais e produtos com características disponíveis para os engenheiros estruturais do Brasil e usou esta metodologia para derivar coeficientes m-k. Isto foi feito com o objetivo de simular numericamente o efeito de parâmetros relevantes para determinar a resistência ao cisalhamento longitudinal na interface aço-concreto de lajes mistas. Gráficos de força versus deslocamentos foram obtidos e os valores dos coeficientes m-k foram comparados com aqueles de outros autores na literatura. As simulações apresentaram valores consistentes com a literatura e, em relação ao modo de ruptura por cisalhamento longitudinal, as simulações numéricas realizadas apresentaram resistências últimas com bom ajuste medido pelo coeficiente de determinação convencional chegando a um valor bom para a relação semiempírica utilizando os resultados dos dados de elementos finitos.Resumo em Inglês:
Abstract Slabs with cast-in-place steel formwork are composite structural elements composed of concrete and steel. The horizontal shear failure mode is the most common in composite slabs based on numerous experimental studies. This failure mode consists of loss of adherence and mechanical contact at the interface of the composite system and often occurs before the system reaches its full bending capacity. Thus, the design of this constructive system is determined by the value of the longitudinal shear strength, which can be computed by the semi-empirical so-called traditional m-k method based on the four-point bending test proposed by several standards. One of the most known factors to influence the longitudinal shear strength is the geometry of embossments present in the steel work. Calibrated computational simulation using the finite element method can be an alternative way to simulate this type of test. The present work modified and adapted a methodology explicitly including the geometry of embossments in the analysis in order to use materials and products with characteristics available to structural engineers in Brazil and used this methodology to derive m-k coefficients. This is being made with the objective of numerically simulating the effect of relevant parameters for determining the longitudinal shear strength at the concrete-steel interface of composite slabs. Force versus slip, force versus displacement graphs were obtained and the m-k coefficient values found were compared with those of other authors in the literature. The simulations presented values consistent with the literature and in relation to the rupture mode by longitudinal shear, the numerical simulations performed presented ultimate strengths with goodness-of-fit measured by the conventional coefficient of determination, reaching a good value for the semi-empirical relation using the results of the finite element data.Resumo em Português:
Resumo O concreto de ultra alto desempenho (UHPC) possui excelentes propriedades mecânicas à temperatura ambiente. Entretanto, não existem métodos padronizados propostos pela ABNT NBR 15200 para caracterizar UHPC em altas temperaturas, como no caso de incêndio. Isso se deve à falta de pesquisas sobre o tema, deixando lacunas para investigações experimentais e numéricas. Com base em análises experimentais em amostras padronizadas e de pequena escala, esta pesquisa coletou um conjunto de dados paramétricos para o UHPC em altas temperaturas. Difusividade térmica, condutividade térmica, deformação térmica e calor específico como parâmetros térmicos foram definidos para diferentes faixas de temperatura. Os resultados foram comparados com outros concretos estruturais propostos na literatura (concreto convencional, concreto de alta resistência e concreto de ultra alta resistência). O UHPC exibiu um comportamento particular ao fogo. Comparado ao concreto convencional, concreto de alta resistência e concreto de ultra alta resistência, a expansão térmica e os parâmetros mecânicos do UHPC são menos afetados no incêndio, mas sua condutividade térmica e perda de massa são maiores. O UHPC também possui o calor específico mais alto em comparação com outros concretos. O campo térmico do UHPC tende a ser maior em comparação aos demais concretos.Resumo em Inglês:
Abstract Ultra-high-performance concrete (UHPC) has exceptional mechanical properties at room temperature. However, there are no standardized thermal procedures proposed by ABNT NBR 15200 to characterize UHPC at high temperatures, such as in the case of fire. This is due to the lack of research on the subject, leaving gaps for experimental and numerical investigations. Based on experimental analyzes on standardized, small-scale specimens, this research collects a set of parametric data for UHPC at high temperatures. Thermal diffusivity, thermal conductivity, thermal expansion and specific heat as thermal parameters were defined for different temperature ranges. The results were compared with other structural concretes proposed in the literature (NSC, HSC and UHSC). The UHPC exhibited a particular fire behavior. Compared to NSC, HSC and UHSC, the thermal expansion and mechanical parameters of UHPC are less affected at high temperatures, but its thermal conductivity and mass loss are higher. UHPC also has the highest specific heat compared to other concretes. The thermal field of UHPC tends to be higher compared to the other concretes.Resumo em Português:
Resumo Este estudo teve como objetivo identificar a influência da substituição do agregado graúdo natural por agregado graúdo reciclado de concreto na espessura e no volume da pasta cimentícia sob a variação da relação água/cimento nas propriedades frescas e endurecidas do concreto permeável. A espessura teórica da pasta determinada foi ineficiente para dosagem de concreto permeável. Porém, constatou-se que o volume da pasta foi o parâmetro que melhor se relacionou com as propriedades mecânicas e de permeabilidade do material estudado. O concreto permeável com agregados naturais apresentou maior resistência à compressão que o concreto com agregados reciclados, mas ambos atenderam às normas vigentes. Todos os concretos produzidos, exceto com agregado reciclado de relação a/c 0,25, atingiram a resistência à tração na flexão mínima de projeto. O concreto permeável com agregados reciclados apresentou perda de massa mais significativa por abrasão e foi mais poroso que o concreto com agregados naturais. Por fim, todos os concretos permeáveis apresentaram coeficientes de permeabilidade superiores ao limite inferior determinado pela norma.Resumo em Inglês:
Abstract This study aimed to identify the influence of replacing coarse natural aggregate with coarse recycled concrete aggregate on the thickness and volume of the cementitious paste under the variation of the water/cement ratio in the fresh and hardened properties of pervious concrete. The determined theoretical paste thickness was inefficient for pervious concrete dosage. However, it was found that the paste volume was the parameter that was best related to the mechanical and permeability properties of the studied material. Pervious concrete with natural aggregates showed higher compressive strength than concrete with recycled aggregates, although both met the regulations. All the concretes produced, except one with recycled aggregate of w/c ratio 0.25, reached the tensile strength in the minimum design bending. Pervious concrete with recycled aggregates showed more significant mass loss by abrasion and more porosity than concretes with natural aggregates. Finally, all pervious concretes presented permeability coefficients greater than the lower limit determined by the standard.Resumo em Português:
Resumo As principais causas do desempenho insatisfatório de bases de brita graduada tratada com cimento (BGTC) está relacionada à sua matriz cimentícia heterogênea, porosa e frágil que favorece o processo de degradação por fadiga. Assim, buscando melhorar as propriedades mecânicas e resposta estrutural da BGTC, o presente estudo avaliou diferentes faixas granulométricas (DER-SP, CBGM 2 EN 14227-1 e CCR-ACI) através de modelos clássicos de distribuição de partículas como Talbot & Richart e modelo analítico do empacotamento compressível (compressible packing model – CPM) para classificar e selecionar curvas granulométricas capazes de potencializar o empacotamento das partículas e melhorar a resistência mecânica da mistura. O efeito do teor de cimento (4 e 5%) foi avaliado, bem como o potencial de se utilizar sílica ativa em suspensão (em porcentagens de 5, 7 e 10% da massa de cimento) para modificar a zona de transição interfacial. Verificou-se que o CPM é uma poderosa ferramenta para a seleção e projeto de misturas bem graduadas; a curva média para a faixa CBGM 2 da norma Europeia EN 14227-1 apresentou a maior densidade de empacotamento. O efeito do aumento do teor de cimento de 4% para 5%, em termos de resistência mecânica, poderia ser compensado pela adição de 7% de sílica ativa à mistura com 4% de cimento. Por fim, misturas com 5% de cimento e 10% de sílica ativa apresentaram valores de módulo de elasticidade muito similares àqueles tradicionalmente obtidos para BGTC; contudo, a resistência à tração indireta da BGTCAD foi significativamente maior (em torno de 28%), levando à uma relação modular (Et,sp/fct,sp) menor, o que é promissor em termos durabilidade mecânica para esse tipo de concreto seco.Resumo em Inglês:
Abstract The main causes of poor performance of cement-treated crushed stones (CTCS) pavement layers are material-related heterogeneity, porosity, and brittle cementitious matrix, leading to fast fatigue degradation. Seeking to improve CTCS mechanical properties and structural response it was studied different grading curves such as DER-SP, EN 14227-1 CBGM 2 and RCC-ACI were studied. The aim of the laboratory study was to rank and select among the classical particle size distribution models like Talbot & Richart, and analytical models as compressible packing model – CPM, the best grading curve which was capable of producing mixtures with the best aggregate interlocking and improved mechanical resistances. The effect of cement content (4% and 5%) as well as the potential of using silica fume in suspension (percentages of 5, 7 and 10% of cement mass) to improve the interfacial transition zone were evaluated. It was found that CPM is a powerful tool for aggregates ranking aggregates and designing well-graded mixtures like CTCS; the CBGM 2 EN 14227-1 mean curve achieved the best packing density. The effect of increasing the cement content from 4 to 5% in terms of mechanical strength has the same result as the addition of 7% of silica fume in mixtures with 4% cement. Eventually, mixtures with 5% cement and 10% silica fume showed modulus of elasticity similar to traditional CTCS; nonetheless, the HP-CTCS (high performance CTCS) split tensile strength was significantly higher (about 28%), leading to a lower Et,sp/fct,sp relationship, which is a highly positive outcome to improve mechanical durability of this innovative dry compacted concrete.Resumo em Português:
Resumo Neste artigo é apresentada uma revisão de literatura a respeito do emprego de fôrmas flexíveis para a execução de estruturas de concreto desde suas primeiras concepções, no final do século XIX, até aplicações recentes. Expõe-se as dificuldades enfrentadas pelos construtores, engenheiros e arquitetos na concepção de moldes flexíveis. Também é apresentada uma análise bibliométrica sobre o tema. Com base na análise das diferentes metodologias para a categorização das técnicas construtivas é proposta uma classificação condizente com as variadas aplicações. Discute-se ainda vantagens e desvantagens de diferentes tipos de aplicações, concluindo-se pela perspectiva de estudos futuros do processo construtivo por meio de modelos computacionais.Resumo em Inglês:
Abstract This article presents a literature review on the use of flexible formworks for concrete structures, from their earliest conceptions in the late 19th century to recent applications. The challenges faced by builders, engineers, and architects in designing flexible moulds are discussed. A bibliometric analysis on the subject is also presented. Different methodologies for categorization are analyzed, and a consistent classification based on the application technique is proposed. Advantages and disadvantages of the formwork system are discussed and the article concludes with the perspective of future studies on the construction process through computational models.