Disseny d’un banc d’assaig d’efectes diferits en elements de formigó armat amb barres FRP

L'objectiu d'aquest projecte és el disseny dels bancs d'assaig necessaris per poder realitzar tres assajos de fisuració i deformació diferida al laboratori de resistència de materials de la UdG sobre provetes i bigues de formigó armat amb FRP i estudiar- ne el comportament. El primer assaig és el de fluència del formigó, on es sotmet una proveta a una compressió mantinguda en el temps. El segon assaig és un de tracció directa, on s'aplica una càrrega a tracció mantinguda en el temps en una proveta de formigó armat amb una barra FRP de reforç intern. El tercer és un assaig a flexió, on es carregarà una biga a flexió durant un període llarg de temps

Reforç d’un element estructural mitjançant l’adhesió de làmines de compòsits reforçats amb fibres (FRP)

Aquest treball final de carrera és un estudi del reforç d’un element estructural de formigó per mitjà de fibres FRP. Podem assimilar-lo a una guia pràctica per tal que un enginyer amb coneixements de construcció, pugui reforçar un membre que ha sofert danys produïts per aguantar càrregues, oscil·lacions, etc.per les que no havia estat dissenyat. El projecte conté teoria del FRP per tal de conèixer el material que utilitzarem pel nostre reforç, les normatives i prenormatives que s’utilitzen per fer el disseny, i un exemple pràctic de càlcul del reforç d’una biga sotmesa a flexió i el confinament d’un pilar, que són les dues opcions més utilitzades per reforçar amb FRP. El reforç d’estructures de formigó és el camp de la construcció on més ràpidament i amb major èxit s’estan aplicant els reforços amb FRP, degut a les propietats tant avantatjoses que presenten, entre altres, resistència a la corrosió i lleugeresa, que es tradueix en estalvi de transport i posada en obra

Estudi del comportament sísmic d'una estructura de formigó armat amb forjats de llosa massissa i dissipadors d'energia

Anàlisi de la resposta estructural d’un edifici d’oficines de formigó armat amb pilars i forjats de llosa massissa situat en una zona de sismicitat elevada segons diferents variants constructives. L’emplaçament teòric de l’obra és la ciutat de Granada, per tant, li serà d’aplicació la normativa española vigent. L’estudi es basa especialment en la Normativa Sismorresistent Espanyola (NCSE-02) i el Codi Tècnic de l’Edificació (CTE), entre d’altres

Aplicacions i mecanisme de la reacció d'hidroesterificació d'olefines. Compatibilització fibramatriu en poliolefines reforçades amb fibra de pi

En la primera part del present treball es presenta la investigació duta a terme sobre la reacció d'hidroesterificació d'olefines. S'analitzen els factors que afecten la reactivitat i quimioselectivitat de les reaccions d'hidroesterificació i deuterioesterificació en sistemes catalítics basats en complexes de pal·ladi amb lligands auxiliars de tipus fosfina. Es presenta un estudi detallat del mecanisme catalític a través del qual tenen lloc aquestes reaccions. La determinació del mecanisme de reacció ha estat aplicada a la obtenció d'una versió enantioselectiva de la mateixa. En una segona part del treball s'han analitzat diversos sistemes de modificació superficial de fibres naturals i el seu efecte sobre la compatibilitat fibra - matriu en materials compòsits de matriu poliolefínica. S'han caracteritzat les propietats superficials de fibres de pi químicament modificades. Les fibres naturals modificades s'han utilitzat en la preparació de materials compòsits, les propietats mecàniques, tèrmiques i termomecàniques dels quals han estat caracteritzades i analitzades.

Evolution of the eye-end design of a composite leaf spring for heavy axle loads

This paper presents the design evolution process of a composite leaf spring for freight rail applications. Three designs of eye-end attachment for composite leaf springs are described. The material used is glass fibre reinforced polyester. Static testing and finite element analysis have been carried out to obtain the characteristics of the spring. Load-deflection curves and strain measurement as a function of load for the three designs tested have been plotted for comparison with FEA predicted values. The main concern associated with the first design is the delamination failure at the interface of the fibres that have passed around the eye and the spring body, even though the design can withstand 150 kN static proof load and one million cycles fatigue load. FEA results confirmed that there is a high interlaminar shear stress concentration in that region. The second design feature is an additional transverse bandage around the region prone to delamination. Delamination was contained but not completely prevented. The third design overcomes the problem by ending the fibres at the end of the eye section.

Finite element aided design evolution of composite leaf spring

This paper shows the process of the virtual production development of the mechanical connection between the top leaf of a dual composite leaf spring system to a shackle using finite element methods. The commercial FEA package MSC/MARC has been used for the analysis. In the original design the joint was based on a closed eye-end. Full scale testing results showed that this configuration achieved the vertical proof load of 150 kN and 1 million cycles of fatigue load. However, a problem with delamination occurred at the interface between the fibres going around the eye and the main leaf body. To overcome this problem, a second design was tried using transverse bandages of woven glass fibre reinforced tape to wrap the section that is prone to delaminate. In this case, the maximum interlaminar shear stress was reduced by a certain amount but it was still higher than the material’s shear strength. Based on the fact that, even with delamination, the top leaf spring still sustained the maximum static and fatigue loads required, the third design was proposed with an open eye-end, eliminating altogether the interface where the maximum shear stress occurs. The maximum shear stress predicted by FEA is reduced significantly and a safety factor of around 2 has been obtained. Thus, a successful and safe design has been achieved.

Actors and objects: A socio-technical networks approach for construction management research

We explore the contribution of socio-technical networks approaches to construction management research. These approaches are distinctive for their analysis of actors and objects as mutually constituted within socio-technical networks. They raise questions about the ways in which the content, meaning and use of technology is negotiated in practice, how particular technical configurations are elaborated in response to specific problems and why certain paths or solutions are adopted rather than others. We illustrate this general approach with three case studies: a historical study of the development of reinforced concrete in France, the UK and the US, the recent introduction of 3D-CAD software into four firms and an analysis of the uptake of environmental assessment technologies in the UK since 1990. In each we draw out the ways in which various technologies shaped and were shaped by different socio-technical networks. We conclude with a reflection on the contributions of socio-technical network analysis for more general issues including the study of innovation and analyses of context and power.

Exploiting a hybrid environmental design strategy in the continental climate of Beijing

The built environment in China is required to achieve a 50% reduction in carbon emissions by 2020 against the 1980 design standard. A particular challenge is how to maintain acceptable comfort conditions through the hot humid summers and cold desiccating winters of its continental climate regions. Fully air-conditioned sealed envelopes, often fully glazed, are becoming increasingly common in these regions. Remedial strategies involve technical refinements to the air-handling equipment and a contribution from renewable energy sources in an attempt to achieve the prescribed net reduction in energy use. However an alternative hybrid environmental design strategy is developed in this research project. It exploits observed temperate periods of weeks, days, even hours in duration to free-run an office and exhibition building configured to promote natural stack ventilation when ambient conditions permit and mechanical ventilation when conditions require it, the two modes delivered through the same physical infrastructure. The proposal is modelled in proprietary software and the methodology adopted is described. The challenge is compounded by its first practical application to an existing reinforced concrete frame originally designed to receive a highly glazed envelope. This original scheme is reviewed in comparison. Furthermore the practical delivery of the proposal value engineered out a proportion of the ventilation stacks. The likely consequence of this for the environmental performance of the building is investigated through a sensitivity study.

A case study to investigate the life cycle carbon emissions and carbon storage capacity of a cross laminated timber, multi-storey residential building

Forests are a store of carbon and an eco-system that continually removes carbon dioxide from the atmosphere. If they are sustainably managed, the carbon store can be maintained at a constant level, while the trees removed and converted to timber products can form an additional long term carbon store. The total carbon store in the forest and associated ‘wood chain’ therefore increases over time, given appropriate management. This increasing carbon store can be further enhanced with afforestation. The UK’s forest area has increased continually since the early 1900s, although the rate of increase has declined since its peak in the late 1980s, and it is a similar picture in the rest of Europe. The increased sustainable use of timber in construction is a key market incentive for afforestation, which can make a significant contribution to reducing carbon emissions. The case study presented in this paper demonstrates the carbon benefits of a Cross Laminated Timber (CLT) solution for a multi-storey residential building in comparison with a more conventional reinforced concrete solution. The embodied carbon of the building up to completion of construction is considered, together with the stored carbon during the life of the building and the impact of different end of life scenarios. The results of the study show that the total stored carbon in the CLT structural frame is 1215tCO2 (30tCO2 per housing unit). The choice of treatment at end of life has a significant effect on the whole life embodied carbon of the CLT frame, which ranges from -1017 tCO2e for re-use to +153tCO2e for incinerate without energy recovery. All end of life scenarios considered result in lower total CO2e emissions for the CLT frame building compared with the reinforced concrete frame solution.

Diagramas momento-curvatura para elementos estruturais de concreto armado submetidos a carregamento monotonico ou cíclico

Este trabalho tem por objetivo desenvolver e implementar, computacionalmente, procedimentos numéricos eficientes, aplicados à determinacão do diagrama momento-curvatura, correspondentes à: -uma seção tipica, em vigas de concreto armado, submetida à carga monotônica ou cíclica de curta duração; - um ponto genérico da superficie média em placas de concreto armado, submetidas à carga monotônica de curta duração. Ainda à luz dos resultados obtidos, visa também propôr um modelo simplificado em termos de resultantes de tensões e deformações generalizadas. Inicialmente, é descrito um modelo laminar para vigas, no qual a carga é aplicada de forma incremental sendo que para cada etapa, as equaçães de equilibrio não-lineares são resolvidas de maneira iterativa. Como consequência é proposta uma relação momento-curvatura em termos de resultantes. A fim de verificar a validade e aplicabilidade dos métodos e dos algorítmos estudados e comparar-se os resultados com dados experimentais e respostas obtidas por outros pesquisadores, é apresentada uma série de exemplos numéricos. A continuação, é aplicado o procedimento anterior para modelos de laje, livres de solicitações de membrana. Finalmente através de um estudo paramétrico dos diversos fatores que afetam o diagrama momento-curvatura, propõe-se uma relação simplificada.

Análise elastoplástica de grelhas planas de concreto armado

O objetivo deste trabalho é apresentar um programa computacional para analisar problemas elastoplásticos com pequenas deformações em grelhas planas de concreto armado, utilizando o método dos deslocamentos. O material é definido através de um critério de escoamento generalizado que leva em consideração o efeito dos esforços de corte, momento fletor e momento torsor nas seções críticas e apresenta endurecimento isótropo. Uma solução incremental empregando o método da matriz de rigidez tangente foi adotado. Algumas comparações foram feitas com resultados experimentais, numéricos e teóricos.

Estudo da viabilidade técnica para a Bolívia de painéis de gesso reforçados com fibra de vidro para paredes internas não portantes

Na construção civil, nos países em desenvolvimento como a Bolívia, continua-se usando técnicas e materiais na execução de paredes, similar a décadas passadas. Os painéis de gesso reforçados com fibra de vidro são uma alternativa de simplificação e agilização na execução das paredes internas não portantes. A presente dissertação objetiva mostrar a viabilidade técnica e econômica dos painéis para paredes internas, na Bolívia; para tanto realizou-se uma avaliação dos recursos disponíveis (gesso), com relação às reservas, produção e custos. A técnica adotada na produção dos painéis é a de pré-mistura, que permite a moldagem dos painéis manual ou mecanicamente com equipamentos simples e de baixo custo. O estudo do compósito de gesso reforçado com fibra de vidro (GRG) foi realizado com gesso brasileiro e com gesso boliviano, verificando-se o seu comportamento mecânico com diferentes teores de fibra de vidro. Verificou-se aumento da resistência a tração na flexão e diminuição da resistência a compressão com o aumento do teor de fibra de vidro. A avaliação do comportamento mecânico dos painéis foi feita através dos ensaios de impacto (corpo mole e corpo duro). Nos ensaios de corpo mole, verificou-se aumento da resistência com o aumento do teor de fibra de vidro. Os teores de 0,75% e 1,5% se mostraram suficientes para que os painéis de GRG satisfaçam os requisitos de desempenho para divisórias internas respectivamente para o gesso brasileiro e boliviano. O comportamento dos painéis nos ensaios de impacto de corpo duro foi satisfatório, tanto para painéis com fibra como para painéis sem fibra de vidro. No estudo preliminar de custos, verificou-se uma redução em torno de 36% para os painéis de GRG em relação às paredes intemas tradicionalmente usadas na Bolívia.

Técnicas de avaliação da confiabilidade em estruturas de concreto armado

Neste trabalho é dado ênfase à inclusão das incertezas na avaliação do comportamento estrutural, objetivando uma melhor representação das características do sistema e uma quantificação do significado destas incertezas no projeto. São feitas comparações entre as técnicas clássicas existentes de análise de confiabilidade, tais como FORM, Simulação Direta Monte Carlo (MC) e Simulação Monte Carlo com Amostragem por Importância Adaptativa (MCIS), e os métodos aproximados da Superfície de Resposta( RS) e de Redes Neurais Artificiais(ANN). Quando possível, as comparações são feitas salientando- se as vantagens e inconvenientes do uso de uma ou de outra técnica em problemas com complexidades crescentes. São analisadas desde formulações com funções de estado limite explícitas até formulações implícitas com variabilidade espacial de carregamento e propriedades dos materiais, incluindo campos estocásticos. É tratado, em especial, o problema da análise da confiabilidade de estruturas de concreto armado incluindo o efeito da variabilidade espacial de suas propriedades. Para tanto é proposto um modelo de elementos finitos para a representação do concreto armado que incorpora as principais características observadas neste material. Também foi desenvolvido um modelo para a geração de campos estocásticos multidimensionais não Gaussianos para as propriedades do material e que é independente da malha de elementos finitos, assim como implementadas técnicas para aceleração das avaliações estruturais presentes em qualquer das técnicas empregadas. Para o tratamento da confiabilidade através da técnica da Superfície de Resposta, o algoritmo desenvolvido por Rajashekhar et al(1993) foi implementado. Já para o tratamento através de Redes Neurais Artificias, foram desenvolvidos alguns códigos para a simulação de redes percéptron multicamada e redes com função de base radial e então implementados no algoritmo de avaliação de confiabilidade desenvolvido por Shao et al(1997). Em geral, observou-se que as técnicas de simulação tem desempenho bastante baixo em problemas mais complexos, sobressaindo-se a técnica de primeira ordem FORM e as técnicas aproximadas da Superfície de Resposta e de Redes Neurais Artificiais, embora com precisão prejudicada devido às aproximações presentes.

Avaliação do comportamento de materiais compósitos de matrizes cimentícias reforçadas com fibra de aramida kevlar

Esse trabalho aborda a questão de materiais compósitos reforçados com fibras (fiber reinforced concrete) com enfoque em matrizes cimentícias reforçadas com fibra de aramida Kevlar. O objetivo é caracterizar o potencial da fibra de aramida Kevlar como elemento de reforço a ser adicionado ao concreto. O trabalho busca caracterizar o desempenho dos compósitos formados, identificando as alterações decorrentes da incorporação em função do comportamento mecânico e da resistência ao impacto. Os objetivos são verificar a potencialidade de utilização dessa fibra em termos de trabalhabilidade e resistência mecânica; definir como deve ser a forma de incorporação, verificar a aderência da fibra à matriz através de microscopia eletrônica de varredura por elétrons secundários e determinar a resistência ao impacto, comparando matrizes sem adição de fibra com corpos-de-prova moldados com vários tipos e teores de fibra (aço, sisal, vidro, polipropileno e aramida). Como vantagens da incorporação das fibras de aramida Kevlar, constata-se um incremento na resistência à compressão dos compósitos aos 28 dias em relação aos espécimes sem adição de fibra. Observam-se, também, reduções na massa específica e na trabalhabilidade dos espécimes com adição de fibra de aramida Kevlar em comparação aos sem adição. Em relação à resistência ao impacto, conclui-se que os compósitos com adição de fibra de aço e fibra de aramida são os que apresentaram melhor comportamento dinâmico em relação a energia de ruptura acumulada e à energia para aparecimento da primeira fissura, respectivamente.