ECO-betão com adição de resíduo da indústria petrolífera

Dissertação de natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Edificações

Estudo comparativo da estrutura de betão armado de um edifício dimensionada segunda a actual regulamentação nacional e os eurocódigos estruturais

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil - Ramo de Estruturas

Análise experimental da durabilidade de concretos de alto desempenho com adição de resíduo de borracha de pneu e cinza da casca de arroz

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise do comportamento de estacas do tipo broca escavada com trado mecânico, solicitadas por esforços transversais

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Análise experimental de lajes lisas unidirecionais de concreto armado de alta resistência com metacaulim apoiadas em pilares retangulares e armadas à punção

Foram analisadas experimentalmente 10 (dez) lajes lisas de concreto dosado com metacaulim e concreto de alta resistência (fcc =60 MPa). submetidas a carregamento simétrico. objetivando analisar a influência da variação do índice de retangularidade dos pilares (CIII;{. mm = 1. 3 e 5) e de armaduras de cisa1harnento na resistência ao puncionamento das mesmas. As armaduras de cisalhamento foram constituídas por estribos abertos inclinados. As lajes tinham dimensões de (1.800 x 1.800 x 110) mm e as principais variáveis foram à variação do índice de retangularidade dos pilares e distribuição dos estribos inclinados em tomo dos mesmos. Analisou-se os resultados de cargas de ruptura. flechas. mapa de fissuração. ductilidade. deformações no concreto e nas armaduras de ftexão e cisalhamento, e os modos de ruptura atingidos. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados estimados por diversas normas. São também apresentados os resultados obridos numericamente para as lajes ensaiadas e comparados com os resultados experimentais. Os resultados experimentais mostraram que o aumento do índice de retangularidade faz com que as forças cortantes se concentrem nas extremidades do pilar, o que sugere que nessa região as armaduras de combate ao pmtcionamento são mais solicitadas. Os estribos inclinados foram eficientes no aumento das cargas de ruptura e alteraram inclusive o modo de ruptura de algumas lajes. Observou-se ganhos de até 32% quando os estribos foram distribuídos em tomo das extremidades dos pilares. A baixa capacidade resistente à flexão limitou a resistência última.

Análise experimental de lajes lisas unidirecionais de concreto armado com pilares retangulares ao puncionamento

Foram analisadas experimentalmente 8 (oito) lajes lisas de concreto armado sem armadura de cisalhamento, variando-se a taxa de armadura de flexão secundária e a maior dimensão dos pilares (cmax). As lajes de dimensões (1.800 x 1.800 x 110) mm, mesma armadura flexão principal, menor dimensão dos pilares (cmin) constante e igual a 85 mm, resistência à compressão do concreto em torno de 40 MPa foram submetidas à carga no centro (punção simétrica), que simula um pilar interno de um pavimento. A aplicação da carga foi realizada em trechos de pilares moliticamente ligados às lajes com 150 mm de altura, com índices de retangularidade (r = cmax/cmin) variando de 1 a 7. O objetivo foi avaliar a influência do índice de retangularidade, que neste caso refletiu no aumento do perímetro de controle, no comportamento das lajes sob flexão, e possivelmente uma ruptura mais dúctil. O objetivo foi também analisar as cargas de ruptura estimadas a partir das recomendações de seis códigos de projeto nacionais e internacionais, comparando com os resultados experimentais obtidos e avaliando as estimativas ao puncionamento, uma vez que, quando as dimensões dos pilares são substancialmente diferentes pode ocorrer a polarização de tensões e o ganho de resistência não ocorre de forma diretamente proporcional ao aumento do perímetro dos pilares. Após analisar as influências do índice de retangularidade dos pilares e as contribuições da taxa de armadura de flexão secundária nas cargas últimas das lajes e nos modos de ruptura, observou-se que os resultados experimentais indicaram que essas variáveis além de elevar a resistência da ligação podem fornecer certa ductilidade à ruptura da laje. Observou-se também que a taxa de crescimento das resistências obtidas nos ensaios diminui com incrementos no perímetro de controle. Das observações referentes à comparação entre os valores de resistências das lajes, obtidas nos ensaios, verificou-se que o aumento da carga de ruptura experimental não se apresentou de forma linear, indicando que a taxa de crescimento da carga diminui com o aumento do perímetro do pilar ou da relação cmax/cmin quando se mantém constante a menor dimensão do pilar (Cmin).

Análise termoelástica experimental e computacional por elementos finitos da parede externa em concreto armado de um forno de cozimento de anodo

Nesta dissertação foi desenvolvido um estudo sobre o comportamento de uma estrutura em concreto armado submetida a elevadas variações térmicas. A estrutura analisada consiste na parede externa de um forno de cozimento de anodo utilizado na produção de Alumínio, e está submetida a variações térmicas de cerca de 125C devido à própria operação do forno. As motivações principais para o estudo foram a ocorrência de grandes deformações e o surgimento de fissuras na estrutura, o que poderia provocar a inutilização do forno. O objetivo do trabalho foi a investigação das causas destas patologias, assim como o estabelecimento de propostas para reforço da estrutura. Para isso, foram realizados estudos experimentais e computacionais do comportamento da estrutura. Inicialmente, a estrutura foi monitorada utilizando-se transdutores de deslocamento e sensores de temperatura (termopares), conectados a um sistema de aquisição de dados para obtenção e armazenamento automática das amostras ao longo do tempo. Em seguida, foram desenvolvidos modelos computacionais em Elementos Finitos com auxilio do programa computacional Algor, para determinação da distribuição de temperatura e as correspondentes tensões e deformações de origem térmica na estrutura. Nestes estudos, foram realizadas análises estacionárias e transientes de condução de calor, seguidas de análises de tensões de origem térmica. Como conclusão do estudo, tem-se que a metodologia proposta para a solução do problema foi bastante satisfatória, solucionando o problema de forma precisa, porém econômica.

Response and damage evaluation of reinforced concrete frames subjected to blast loading

Bomb attacks carried out by terrorists, targeting high occupancy buildings, have become increasingly common in recent times. Large numbers of casualties and property damage result from overpressure of the blast followed by failing of structural elements. Understanding the blast response of multi-storey buildings and evaluating their remaining life have therefore become important. Response and damage analysis of single structural components, such as columns or slabs, to explosive loads have been examined in the literature, but the studies on blast response and damage analysis of structural frames in multi-storey buildings is limited and this is necessary for assessing the vulnerability of them. This paper investigates the blast response and damage evaluation of reinforced concrete (RC) frames, designed for normal gravity loads, in order to evaluate their remaining life. Numerical modelling and analysis were carried out using the explicit finite element software, LS DYNA. The modelling and analysis takes into consideration reinforcement details together and material performance under higher strain rates. Damage indices for columns are calculated based on their residual and original capacities. Numerical results generated in the can be used to identify relationships between the blast load parameters and the column damage. Damage index curve will provide a simple means for assessing the damage to a typical multi-storey building RC frame under an external bomb circumstance.

Impact response and parametric studies of reinforced concrete circular columns

This paper presents a detailed description of the influence of critical parameters that govern the vulnerability of columns under lateral impact loads. Numerical simulations are conducted by using the Finite Element program LS-DYNA, incorporating steel reinforcement, material models and strain rate effects. A simplified method based on impact pulse generated from full scale impact tests is used for impact reconstruction and effects of the various pulse loading parameters are investigated under low to medium velocity impacts. A constitutive material model which can simulate failures under tri-axial state of stresses is used for concrete. Confinement effects are also introduced to the numerical simulation and columns of Grade 30 to 50 concrete under pure axial loading are analysed in detail. This research confirmed that the vulnerability of the axially loaded columns can be mitigated by reducing the slenderness ratio and concrete grade, and by choosing the design option with a minimal amount of longitudinal steel. Additionally, it is evident that approximately a 50% increase in impact capacity can be gained for columns in medium rise buildings by enhancing the confinement effects alone. Results also indicated that the ductility as well as the mode of failure under impact can be changed with the volumetric ratio of lateral steel. Moreover, to increase the impact capacity of the vulnerable columns, a higher confining stress is required. The general provisions of current design codes do not sufficiently cover this aspect and hence this research will provide additional guidelines to overcome the inadequacies of code provisions.

Model Based Estimating System for Civil Concrete Structures

An earlier CRC-CI project on ‘automatic estimating’ (AE) has shown the key benefit of model-based design methodologies in building design and construction to be the provision of timely quantitative cost evaluations. Furthermore, using AE during design improves design options, and results in improved design turn-around times, better design quality and/or lower costs. However, AEs for civil engineering structures do not exist; and research partners in the CRC-CI expressed interest in exploring the development of such a process. This document reports on these investigations. The central objective of the study was to evaluate the benefits and costs of developing an AE for concrete civil engineering works. By studying existing documents and through interviews with design engineers, contractors and estimators, we have established that current civil engineering practices (mainly roads/bridges) do not use model-based planning/design. Drawings are executed in 2D and only completed at the end of lengthy planning/design project management lifecycle stages. We have also determined that estimating plays two important, but different roles. The first is part of project management (which we have called macro level estimating). Estimating in this domain sets project budgets, controls quality delivery and contains costs. The second role is estimating during planning/design (micro level estimating). The difference between the two roles is that the former is performed at the end of various lifecycle stages, whereas the latter is performed at any suitable time during planning/design.

Decision support tools for concrete infrastructure rehabilitation (using FRP composites)

This report presents a summary of the research conducted by the research team of the CRC project 2002-005-C, “Decision support tools for concrete infrastructure rehabilitation”. The project scope, objectives, significance and innovation and the research methodology is outlined in the introduction, which is followed by five chapters covering different aspects of the research completed. Major findings of a review of literature conducted covering both use of fibre reinforced polymer composites in rehabilitation of concrete bridge structures and decision support frameworks in civil infrastructure asset management is presented in chapter two. Case study of development of a strengthening scheme for the “Tenthill Creek bridge” is covered in the third chapter, which summarises the capacity assessment, traditional strengthening solution and the innovative solution using FRP composites. The fourth chapter presents the methodology for development of a user guide covering selection of materials, design and application of FRP in strengthening of concrete structures, which were demonstrated using design examples. Fifth chapter presents the methodology developed for evaluating whole of life cycle costing of treatment options for concrete bridge structures. The decision support software tool developed to compare different treatment options based on reliability based whole of life cycle costing will be briefly described in this chapter as well. The report concludes with a summary of findings and recommendations for future research.

Damage propagation in reinforced concrete frames under external blast loading

Iconic and significant buildings are the common target of bombings by terrorists causing large numbers of casualties and extensive property damage. Recent incidents were external bomb attacks on multi-storey buildings with reinforced concrete frames. Under a blast load circumstance, crucial damage initiates at low level storeys in a building and may then lead to a progressive collapse of whole or part of the structure. It is therefore important to identify the critical initial influence regions along the height, width and depth of the building exposed to blast effects and the structure response in order to assess the vulnerability of the structure to disproportionate and progressive collapse. This paper discusses the blast response and the propagation of its effects on a two dimensional reinforced concrete (RC) frame, designed to withstand normal gravity loads. The explicit finite element code, LS DYNA is used for the analysis. A complete RC portal frame seven storeys by six bays is modelled with reinforcement details and appropriate materials to simulate strain rate effects. Explosion loads derived from standard manuals are applied as idealized triangular pressures on the column faces of the numerical models. The analysis reports the influence of blast propagation as displacements and material yielding of the structural elements in the RC frame. The effected regions are identified and classified according to the load cases. This information can be used to determine the vulnerability of multi-storey RC buildings to various external explosion scenarios and designing buildings to resist blast loads.