Projeto de estabilidade da alteração de um edifício de habitação multifamiliar

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil Estruturas

Análise experimental e numérica do comportamento de estruturas de solo reforçado com geossintéticos : solo granular versus fino

As estruturas de solo reforçado com geossintéticos são normalmente constituídas por solos granulares com boas propriedades físicas e mecânicas. O uso de apenas este tipo de solos pode proporcionar o aumento, por vezes insustentável, do custo da execução das estruturas e o aumento do seu impacto ambiental. Deste modo, as estruturas de solo reforçado perdem a sua vantagem competitiva em relação a outros tipos de estruturas (muros de betão, muros de gravidade, muros de gabiões, etc.). Para resolver este problema podem ser utilizados outros tipos de solos (solos locais, finos, com propriedades físicas e mecânicas piores mas, no entanto, mais baratos) para a execução deste tipo de estruturas. De forma geral, com este estudo pretendeu-se contribuir para o incremento do conhecimento sobre a utilização de solos finos para a construção de estruturas de solo reforçado (muros e taludes). Para tal avaliaram-se as diferenças no comportamento mecânico dos materiais compósitos (solo granular reforçado versus solo fino reforçado) e das estruturas de solo reforçado constituídas com os dois tipos de solos. Assim, os objetivos deste estudo foram avaliar: a influência de vários parâmetros nas propriedades mecânicas e na capacidade de carga dos solos reforçados com geossintéticos; a influência de vários parâmetros no dimensionamento das estruturas de solo reforçado; e o comportamento das estruturas dimensionadas (incluindo a estabilidade global e a influência do processo construtivo) recorrendo a uma ferramenta numérica (PLAXIS). Para cumprir os objetivos propostos foram realizadas análises experimentais em laboratório (análise do comportamento do solo reforçado através de ensaios triaxiais e de California Bearing Ratio) e análises numéricas (dimensionamento de estruturas de solo reforçado; modelação numérica do comportamento através de uma ferramenta numérica comercial com o método dos elementos finitos). Os resultados dos ensaios experimentais mostraram que o comportamento mecânico e a capacidade de carga do solo foram incrementados com a inclusão das camadas de geossintético. Este efeito variou com os diversos parâmetros analisados mas, de forma geral, foi mais importante no solo fino (solo com propriedades mecânicas piores). As análises numéricas mostraram que as estruturas de solo fino precisaram de maior densidade de reforços para serem estáveis. Além disso, as estruturas de solo fino foram mais deformáveis e o efeito do seu processo construtivo foi mais importante (principalmente para estruturas de solo fino saturado).

Dimensionamento de um pavilhão metálico para armazenamento de paletes de madeira

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Dimensionamento de uma ponte metálica de suporte de uma tela transportadora de inertes a utilizar numa instalação industrial

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Projeto de estabilidade de um edifício para uma sala elétrica em betão armado e estrutura metálica

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização Estruturas

Development of ultra-high-performance concrete (UHPC) using waste glass materials ─ towards innovative eco-friendly concrete

Le béton conventionnel (BC) a de nombreux problèmes tels que la corrosion de l’acier d'armature et les faibles résistances des constructions en béton. Par conséquent, la plupart des structures fabriquées avec du BC exigent une maintenance fréquent. Le béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) peut être conçu pour éliminer certaines des faiblesses caractéristiques du BC. Le BFUP est défini à travers le monde comme un béton ayant des propriétés mécaniques, de ductilité et de durabilité supérieures. Le BFUP classique comprend entre 800 kg/m³ et 1000 kg/m³ de ciment, de 25 à 35% massique (%m) de fumée de silice (FS), de 0 à 40%m de poudre de quartz (PQ) et 110-140%m de sable de quartz (SQ) (les pourcentages massiques sont basés sur la masse totale en ciment des mélanges). Le BFUP contient des fibres d'acier pour améliorer sa ductilité et sa résistance aux efforts de traction. Les quantités importantes de ciment utilisées pour produire un BFUP affectent non seulement les coûts de production et la consommation de ressources naturelles comme le calcaire, l'argile, le charbon et l'énergie électrique, mais affectent également négativement les dommages sur l'environnement en raison de la production substantielle de gaz à effet de serre dont le gas carbonique (CO[indice inférieur 2]). Par ailleurs, la distribution granulométrique du ciment présente des vides microscopiques qui peuvent être remplis avec des matières plus fines telles que la FS. Par contre, une grande quantité de FS est nécessaire pour combler ces vides uniquement avec de la FS (25 à 30%m du ciment) ce qui engendre des coûts élevés puisqu’il s’agit d’une ressource limitée. Aussi, la FS diminue de manière significative l’ouvrabilité des BFUP en raison de sa surface spécifique Blaine élevée. L’utilisation du PQ et du SQ est également coûteuse et consomme des ressources naturelles importantes. D’ailleurs, les PQ et SQ sont considérés comme des obstacles pour l’utilisation des BFUP à grande échelle dans le marché du béton, car ils ne parviennent pas à satisfaire les exigences environnementales. D’ailleurs, un rapport d'Environnement Canada stipule que le quartz provoque des dommages environnementaux immédiats et à long terme en raison de son effet biologique. Le BFUP est généralement vendu sur le marché comme un produit préemballé, ce qui limite les modifications de conception par l'utilisateur. Il est normalement transporté sur de longues distances, contrairement aux composantes des BC. Ceci contribue également à la génération de gaz à effet de serre et conduit à un coût plus élevé du produit final. Par conséquent, il existe le besoin de développer d’autres matériaux disponibles localement ayant des fonctions similaires pour remplacer partiellement ou totalement la fumée de silice, le sable de quartz ou la poudre de quartz, et donc de réduire la teneur en ciment dans BFUP, tout en ayant des propriétés comparables ou meilleures. De grandes quantités de déchets verre ne peuvent pas être recyclées en raison de leur fragilité, de leur couleur, ou des coûts élevés de recyclage. La plupart des déchets de verre vont dans les sites d'enfouissement, ce qui est indésirable puisqu’il s’agit d’un matériau non biodégradable et donc moins respectueux de l'environnement. Au cours des dernières années, des études ont été réalisées afin d’utiliser des déchets de verre comme ajout cimentaire alternatif (ACA) ou comme granulats ultrafins dans le béton, en fonction de la distribution granulométrique et de la composition chimique de ceux-ci. Cette thèse présente un nouveau type de béton écologique à base de déchets de verre à ultra-hautes performances (BEVUP) développé à l'Université de Sherbrooke. Les bétons ont été conçus à l’aide de déchets verre de particules de tailles variées et de l’optimisation granulaire de la des matrices granulaires et cimentaires. Les BEVUP peuvent être conçus avec une quantité réduite de ciment (400 à 800 kg/m³), de FS (50 à 220 kg/m³), de PQ (0 à 400 kg/m³), et de SQ (0-1200 kg/m³), tout en intégrant divers produits de déchets de verre: du sable de verre (SV) (0-1200 kg/m³) ayant un diamètre moyen (d[indice inférieur 50]) de 275 µm, une grande quantité de poudre de verre (PV) (200-700 kg/m³) ayant un d50 de 11 µm, une teneur modérée de poudre de verre fine (PVF) (50-200 kg/m³) avec d[indice inférieur] 50 de 3,8 µm. Le BEVUP contient également des fibres d'acier (pour augmenter la résistance à la traction et améliorer la ductilité), du superplastifiants (10-60 kg/m³) ainsi qu’un rapport eau-liant (E/L) aussi bas que celui de BFUP. Le remplacement du ciment et des particules de FS avec des particules de verre non-absorbantes et lisse améliore la rhéologie des BEVUP. De plus, l’utilisation de la PVF en remplacement de la FS réduit la surface spécifique totale nette d’un mélange de FS et de PVF. Puisque la surface spécifique nette des particules diminue, la quantité d’eau nécessaire pour lubrifier les surfaces des particules est moindre, ce qui permet d’obtenir un affaissement supérieur pour un même E/L. Aussi, l'utilisation de déchets de verre dans le béton abaisse la chaleur cumulative d'hydratation, ce qui contribue à minimiser le retrait de fissuration potentiel. En fonction de la composition des BEVUP et de la température de cure, ce type de béton peut atteindre des résistances à la compression allant de 130 à 230 MPa, des résistances à la flexion supérieures à 20 MPa, des résistances à la traction supérieure à 10 MPa et un module d'élasticité supérieur à 40 GPa. Les performances mécaniques de BEVUP sont améliorées grâce à la réactivité du verre amorphe, à l'optimisation granulométrique et la densification des mélanges. Les produits de déchets de verre dans les BEVUP ont un comportement pouzzolanique et réagissent avec la portlandite générée par l'hydratation du ciment. Cependant, ceci n’est pas le cas avec le sable de quartz ni la poudre de quartz dans le BFUP classique, qui réagissent à la température élevée de 400 °C. L'addition des déchets de verre améliore la densification de l'interface entre les particules. Les particules de déchets de verre ont une grande rigidité, ce qui augmente le module d'élasticité du béton. Le BEVUP a également une très bonne durabilité. Sa porosité capillaire est très faible, et le matériau est extrêmement résistant à la pénétration d’ions chlorure (≈ 8 coulombs). Sa résistance à l'abrasion (indice de pertes volumiques) est inférieure à 1,3. Le BEVUP ne subit pratiquement aucune détérioration aux cycles de gel-dégel, même après 1000 cycles. Après une évaluation des BEVUP en laboratoire, une mise à l'échelle a été réalisée avec un malaxeur de béton industriel et une validation en chantier avec de la construction de deux passerelles. Les propriétés mécaniques supérieures des BEVUP a permis de concevoir les passerelles avec des sections réduites d’environ de 60% par rapport aux sections faites de BC. Le BEVUP offre plusieurs avantages économiques et environnementaux. Il réduit le coût de production et l’empreinte carbone des structures construites de béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) classique, en utilisant des matériaux disponibles localement. Il réduit les émissions de CO[indice inférieur 2] associées à la production de clinkers de ciment (50% de remplacement du ciment) et utilise efficacement les ressources naturelles. De plus, la production de BEVUP permet de réduire les quantités de déchets de verre stockés ou mis en décharge qui causent des problèmes environnementaux et pourrait permettre de sauver des millions de dollars qui pourraient être dépensés dans le traitement de ces déchets. Enfin, il offre une solution alternative aux entreprises de construction dans la production de BFUP à moindre coût.

Projeto de fundações e estruturas de um edifício destinado a uma igreja

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Air-coupled ultrasonic tomographic imaging of concrete elements

Ultrasonic tomography is a powerful tool for identifying defects within an object or structure. This method can be applied on structures where x-ray tomography is impractical due to size, low contrast, or safety concerns. By taking many ultrasonic pulse velocity (UPV) readings through the object, an image of the internal velocity variations can be constructed. Air-coupled UPV can allow for more automated and rapid collection of data for tomography of concrete. This research aims to integrate recent developments in air-coupled ultrasonic measurements with advanced tomography technology and apply them to concrete structures. First, non-contact and semi-contact sensor systems are developed for making rapid and accurate UPV measurements through PVC and concrete test samples. A customized tomographic reconstruction program is developed to provide full control over the imaging process including full and reduced spectrum tomographs with percent error and ray density calculations. Finite element models are also used to determine optimal measurement configurations and analysis procedures for efficient data collection and processing. Non-contact UPV is then implemented to image various inclusions within 6 inch (152 mm) PVC and concrete cylinders. Although there is some difficulty in identifying high velocity inclusions, reconstruction error values were in the range of 1.1-1.7% for PVC and 3.6% for concrete. Based upon the success of those tests, further data are collected using non-contact, semi-contact, and full contact measurements to image 12 inch (305 mm) square concrete cross-sections with 1 inch (25 mm) reinforcing bars and 2 inch (51 mm) square embedded damage regions. Due to higher noise levels in collected signals, tomographs of these larger specimens show reconstruction error values in the range of 10-18%. Finally, issues related to the application of these techniques to full-scale concrete structures are discussed.

Monitoramento e identificação numérico e experimental de danos em vigas e pontes de aço e concreto utilizando transformadas de wavelet

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.

Dimensionamento automático de pilares de betão armado aplicando o método da capacidade real

Dissertação de Mestrado, Engenharia Civil, Especialização em Estruturas, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2016

On the use of the exoskeleton for seismic improvement and integrated efficient technologies in existing buildings

The aim of this work is to investigate the seismic improvement obtained through external strengthening structures applied on existing reinforced concrete buildings. An innovative integration with pre-assembled technological envelope components is also presented with the aim of achieving a holistic renovation. Particular attention was paid to the timber solution with an innovative post-tensioned connection between cross-laminated timber panels, which was the subject of an experimental campaign

Evaluation of seismic losses of RC buildings: the case of the industrial areas after the 2012 Emilia Earthquake

The topic of seismic loss assessment not only incorporates many aspects of the earthquake engineering, but also entails social factors, public policies and business interests. Because of its multidisciplinary character, this process may be complex to challenge, and sound discouraging to neophytes. In this context, there is an increasing need of deriving simplified methodologies to streamline the process and provide tools for decision-makers and practitioners. This dissertation investigates different possible applications both in the area of modelling of seismic losses, both in the analysis of observational seismic data. Regarding the first topic, the PRESSAFE-disp method is proposed for the fast evaluation of the fragility curves of precast reinforced-concrete (RC) structures. Hence, a direct application of the method to the productive area of San Felice is studied to assess the number of collapses under a specific seismic scenario. In particular, with reference to the 2012 events, two large-scale stochastic models are outlined. The outcomes of the framework are promising, in good agreement with the observed damage scenario. Furthermore, a simplified displacement-based methodology is outlined to estimate different loss performance metrics for the decision-making phase of the seismic retrofit of a single RC building. The aim is to evaluate the seismic performance of different retrofit options, for a comparative analysis of their effectiveness and the convenience. Finally, a contribution to the analysis of the observational data is presented in the last part of the dissertation. A specific database of losses of precast RC buildings damaged by the 2012 Earthquake is created. A statistical analysis is performed, allowing deriving several consequence functions. The outcomes presented may be implemented in probabilistic seismic risk assessments to forecast the losses at the large scale. Furthermore, these may be adopted to establish retrofit policies to prevent and reduce the consequences of future earthquakes in industrial areas.

On the characterization of the mechanical behaviour of bonded steel-CFRP adhesive joints

The use of adhesively bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) is well established to repair metallic structural elements in the aerospace industry for more than three decades. Despite a few exceptions, this technology has yet not been exploited for the steel construction industry where there is a great need to rehabilitate old metallic bridges. For instance, in Europe more than 30% of the railway bridge stock operated for more than 100 years. These bridges are made of old mild steel or puddle iron that exhibits poor behaviour due to the quality of the material itself and degradation caused by the long-term loading or environmental effects. The modest results for Steel/CFRP joints obtained may be due to the type of adhesive used. In fact, most of the previous studies utilized brittle adhesives specially developed for concrete structures. Recent ductile adhesives that made for the automotive industry for metallic joints should be more appropriate. In this study, an experimental investigation on the behaviour of CFRP/steel adhesively bonded joints is presented. A comparison between brittle adhesives and ductile adhesives is conducted. The results show that the ductile adhesives achieve much higher performance than the brittle ones. The brittle adhesives provide more stiffness to the adhesive joint. In the specimens with the ductile adhesives, the failure pattern started by yielding the steel bars first then the adhesive joint which is promising since it can facilitate the design significantly if the steel yielding can be used as a design criterion. The main disadvantage of ductile adhesives is they are usually more expensive than brittle ones. In order to solve this issue, bi-adhesive joints, in which the joint is mainly made of (low cost) brittle adhesive and ductile adhesive in the stress concentration region, are proposed. The results revealed very high improvement up to the yielding strength of the steel bars and with a balanced stiffness.

Behavior of Socket Base Connections Emphasizing Pedestal Walls

To evaluate the main design models for socket base connections of precast concrete structures, an experimental investigation was carried out on specimens of this connection with smooth and rough interfaces in contact with cast-in-place concrete. The specimens consisted of pedestal walls and were submitted to loads with large eccentricities. Based on the experimental results, two rational design models are proposed for this connection. One of these models accounts for the friction and is applied to socket bases with smooth interfaces. The main behavior model was verified for sockets with this type of interface and the design of the longitudinal walls as corbels is also suggested in this case. Because the behavior of the rough interface specimens was very close to a monolithic connection, the other proposed model is an adaptation of the bending theory to calculate the vertical reinforcement of socket bases with rough interfaces.

Analysis of the behavior of transverse walls of socket base connections

This paper presents a theoretical and experimental analysis of socket base connections of precast concrete structures with regard to the behavior of transverse walls. The experimental program included seven specimens, for which the type of interface in contact with cast-in-place concrete, the load eccentricities and the embedded lengths were all varied, A design model was proposed to calculate the reinforcements of the transverse walls. Based on the obtained results, some conclusions can be drawn: (a) The top of the transverse wall on the compression side of the smooth connections and the top of the two transverse walls of the rough connections are submitted to a bending-tension and this tension prevails on the bending; (b) The design model proposed for the calculation of the reinforcement of the transverse wall on the compression side provides the best prediction of the experimental results for all specimens when compared to the current design models; (c) For rough interfaces, the top of the transverse wall on the tension side is more requested than the top of transverse wall on the compression side; (d) The results of the proposed design model for the reinforcement of the transverse wall on the tension side of rough connections were in close agreement with the experimental results. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.