Resumo Este trabalho apresenta a modelagem e análise dos efeitos da corrosão por carbonatação em elementos de concreto armado através de um modelo numérico baseado no Método dos Elementos Finitos. Para controlar e minimizar os danos associados à corrosão faz-se necessário deter ferramentas e conhecimento suficientes para entender os efeitos desta manifestação patológica sobre o comportamento mecânico do concreto armado. Diante dos resultados obtidos, constatou-se que a depender do nível de corrosão das armaduras, o elemento de concreto tem seu estado de tensão e deformação comprometido. Ademais, os resultados apontam a eficiência do modelo desenvolvido e a sua aplicabilidade frente à simulação do comportamento mecânico de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão uniforme.

Abstract This paper presents the modeling and analysis of the corrosion effects due to carbonation on reinforced concrete elements through a numerical model based on the Finite Element Method. In order to minimize corrosion damage, tools are required to understand the pathological manifestation on the mechanical behavior of reinforced concrete. It was found that depending on the reinforcement corrosion stage, the state of stress and deformation of the concrete element is compromised. Besides, results show the efficiency of the developed model and its applicability to the simulation of the mechanical behavior of reinforced concrete structures subjected to uniform corrosion.

Resumen Este trabajo presenta la modelización y análisis de los efectos de la corrosión por carbonatación en elementos de concreto reforzado a través de un modelo numérico basado en el Método de los Elementos Finitos. Para controlar y minimizar el daño asociado a la corrosión se hace necesario disponer de herramientas y conocimientos suficientes para comprender los efectos de esta manifestación patológica sobre el comportamiento mecánico del concreto reforzado. Ante los resultados obtenidos, se constató que, dependiendo del nivel de corrosión de las armaduras, el elemento de concreto tiene su estado de tensión y deformación alterado. Además, los resultados indican la eficiencia del modelo desarrollado y su aplicabilidad frente a la simulación del comportamiento mecánico del concreto reforzado con corrosión uniforme.

Resumo Neste artigo é apresentada a modelagem numérica em elementos finitos de pilares com seções transversais circular, quadrada e retangular solicitados por força centrada e excêntrica, reforçados com PRF. O modelo numérico foi calibrado com os resultados experimentais e indicou boa compatibilidade de forças axiais, deformações axiais e deformações transversais. Foi demonstrada a distribuição das tensões de compressão na seção transversal do pilar, indicando que no caso de solicitação por força centrada as seções transversais circulares apresentam distribuição uniforme e os pilares com seção quadrada e retangular a região de concreto confinado fica limitada por parábolas e se concentram junto aos cantos arredondados. Para o caso de força excêntrica, a região efetivamente confinada se desloca junto à borda mais comprimida, sendo que isso não reduz o ganho de resistência para seções quadradas e retangulares, mas reduz a eficiência do reforço em seções circulares.

Abstract In this paper, the finite element method was used for the numerical modeling of columns with square, rectangular and circular cross sections wrapped with FRP. The numerical modeling was successfully calibrated with the experimental data considering axial load, axial strain and transverse strain. The distribution of compressive stresses in the cross section of the column indicates that for centered load, circular cross sections have uniform distribution and for square and rectangular sections the effective confined concrete was defined by parabolas and concentrates next to the rounded corners. For eccentric load, the effective confined region moves to the most confined edge, thus, this does not reduce the gain for square and rectangular columns, but is unfavorable for circular columns.

Abstract Deep beams do not behave according to classical beam theory. The nonlinearity of strain distribution within these elements requires application of strut and tie models (STM) or other alternatives to evaluate the complex stress field. Although the design of these elements is a common task for structural engineers, limited research is found on assessing effectiveness of the results. The purpose of this work is to compare, in a systematic approach, different design solutions for a deep beam using selected performance metrics which are strain energy, reinforcement ratio, maximum load, structural efficiency, safety factor and cracking behavior. A deep beam (2.85 m of height, 4.20 m of length and 0.2 m of thickness) with a square opening (0.7 m x 0.7 m) close to one of the supports was subjected to a uniform loading at the top surface while resting on supports at both ends. A simplified finite element model (FEM) of this beam was developed simulating concrete with elastic linear stress-strain behavior and disregarding steel reinforcements. This model allowed determination of elastic stress fields necessary to subsequent analyses. Four STM were then developed, supposing the total load respectively represented by one (STM-1), two (STM-2), four (STM-4) or eight (STM-8) concentrated loads equally spaced along the top of the beam. Additionally, an in-plane stress field method (SFM) was applied to the design of the same beam subjected to uniform loading on the top surface. After design and detailing of the reinforcement for each situation, nonlinear FEMs were used to predict the ultimate conditions. The strain energy reduced significantly comparing results from STM-1 to STM-2 and subsequently to STM-4 and remained at a low level in STM-8 and SFM. The reinforcement ratio reduced systematically from STM-1 to STM-8, was minimum with the SFM and the same behavior was followed by maximum load. The structural efficiency (maximum load/reinforcement ratio) increased from STM-1 to STM-8, with maximum efficiency at STM-8 and was slightly below with SFM. The safety factor reduced systematically from STM-1 to STM-8 and was slightly lower with SFM, but in all cases was above acceptable limits found in design codes.

Abstract Leakage resistance of casing connections can be evaluated by extremely expensive testing procedures. Although testing is required for connection validation, significant amount of resources can be saved by complementing testing with Finite Element (FE) analysis. In this regard, a broadly accepted criterion to characterize leaks in FE simulation is still required. This paper proposes an objective and accurate criterion to characterize leakage resistance of casing connections in axisymmetric FE simulation. The criterion is based on stab flank contact pressures and stab flank engaged length parameters. The criterion is tested in application to API 8 Round LTC connections (5 ½ J55 14lb/ft), and confronted with test results. Leakage envelopes are obtained considering make-up torque and tensile axial loads. The influence of taper on connection sealability is also investigated. The long term goal of the investigation is to derive probabilistic leakage envelopes of casing connections considering manufacturing tolerances, effect of thermal cycles, and seal ovalization due to bending during assembly.

RESUMO O presente trabalho apresenta uma análise numérica da vida útil de estruturas de concreto armado sujeitas à corrosão uniforme. O processo de modelagem foi dividido em dois estágios, iniciação e propagação. A modelagem da fase de iniciação foi feita via Redes Neurais Artificiais (RNA) enquanto que a fase de propagação foi modelada através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Os resultados demonstram que o modelo gerado pelo acoplamento das RNA ao MEF, possibilita de forma eficiente, a simulação da degradação de estruturas de concreto armado devido à ação da corrosão uniforme e, a aplicabilidade da ferramenta numérica quanto a previsão da vida útil destas estruturas.

ABSTRACT The present work intends to analyze and numerically model the corrosion process, estimating the service life of concrete structures. The modelling process was divided in two stages, initiation and propagation. The modeling of the initiation phase was carried out by Artificial Neural Networks (ANN), and the modeling of the propagation phase was done by means of Finite Element Method (FEM). The results show the efficiency of the model generated by the coupling of ANN to the FEM to analyze and study the durability of reinforced concrete structures under uniform corrosion, and the numerical model applicability to estimate the service life of reinforced concrete structures.

RESUMEN Este estudio tiene como objetivo analizar y estimar la vida útil de estructuras de hormigón armado bajo la acción de corrosión uniforme. El modelado se dividió en dos etapas, iniciación y propagación. El modelado de la fase de iniciación fue realizado por medio de Redes Neurales Artificiales (RNA) y el modelado de la fase de propagación fue hecho por medio del Método de los Elementos Finitos (MEF). El acoplamiento de la RNA en el MEF posibilitó analizar y estudiar la durabilidad de estructuras de hormigón armado bajo la acción de corrosión uniforme, presentándose como una metodología alternativa para la estimación del tiempo de vida útil de estas estructuras.

RESUMO O presente trabalho tem como objetivo analisar parametricamente a influência dos principais fatores que afetam o avanço da carbonatação em estruturas de concreto. Para tal, desenvolveu-se um modelo numérico empregando Redes Neurais Artificiais (RNAs) do tipo Multi-Layer Perceptron, sendo concebido em linguagem orientada a objetos C++, o qual foi testado com dados reais de degradação disponíveis na literatura. Os resultados obtidos na análise paramétrica reforçam conceitos já conhecidos na literatura, demonstrando a eficiência de RNAs no estudo da carbonatação do concreto, além de agregar conhecimento à área de patologia das construções.

ABSTRACT The aim of this paper is parametrically analyze the main factors that influence on the progress of concrete carbonation front. Therefore, a numerical model was developed using Artificial Neural Networks (ANNs), considering the Multi-Layer Perceptron class, designed in a C++ object-oriented program. The software was fed by experimental degradation data available in the current literature. The results obtained in the parametric analysis, besides adding knowledge to the building pathology area, reinforce concepts already known in the literature, demonstrating the efficiency of ANNs in the investigation of concrete carbonation.

RESUMEN El presente estudio tiene como objetivo analizar paramétricamente los principales factores que influyen en el avance de la carbonatación de las estructuras de hormigón. Por lo tanto, se desarrolló un modelo numérico utilizando Redes Neuronales Artificiales (RNAs o NeuroRed), del tipo Multi-Layer Perceptron, desarrollada en lenguaje orientado a objetos C++, la cual fue probada por datos de degradación reales disponibles en la literatura. Los resultados obtenidos en el análisis paramétrico refuerzan conceptos ya conocidos en la literatura, demostrando la eficiencia de las RNAs en el estudio de la carbonatación del concreto, además aportando conocimientos en el área de patología de las construcciones.

Resumo Durante a construção de pontes em vigas há a preocupação com a instabilidade por tombamento de vigas quando estão sobre aparelhos de apoio. Este tipo de colapso tem sido foco de pesquisas devido a uma série de acidentes reportados. No entanto, estes estudos não têm considerado o comportamento não-linear dos aparelhos de apoio e a perda de contato entre a viga e o neoprene (lift-off). Portanto, este artigo apresenta um estudo paramétrico com um modelo em elementos finitos, calibrado com resultados experimentais da literatura, através de análise não-linear geométrica. Além disso, os resultados experimentais são comparados com modelos analíticos simplificados que levam em conta o efeito lift-off pela utilização da rigidez secante à rotação do aparelho de apoio. A partir dos resultados, a diferença entre a carga de instabilidade experimental e a obtida pela análise não-linear geométrica foi de 8.7 % e para o modelo de auto-valor simplificado foi 11.4 % que apresentou a melhor aproximação comparado a outros modelos analíticos. Das análises paramétricas, a carga de instabilidade decresceu significativamente pelo aumento do deslocamento lateral inicial, da rotação do aparelho de apoio relativa ao eixo da viga, diminuição da largura da mesa superior da viga e pelo aumento do vão.

Abstract During construction of precast girder bridges, there is the concern on rollover instability of the beams when exclusively supported by elastomeric bearing pads. This type of failure has been the focus of recent research due several accidents reported. However, these studies have not considered the nonlinear behavior of elastomeric bearing pads and the lift-off effect. Therefore, this paper presents a parametric study with a finite element model calibrated with experimental results, reported in the literature, through a nonlinear geometrical analysis and considering that concrete behaves linearly. Besides, the experimental results are compared to simplified approaches which account the pad nonlinear behavior and the lift-off effect by utilizing its secant rotational stiffness. From the results, the difference between the instability load from nonlinear geometrical analysis and experimental results was 8.7 %, and the simplified eigenvalue solution and experimental was 11.4 %, which was the best fit compared to the other existing analytical models. From the parametrical analysis, the instability load was considerably decreased by varying the initial lateral deflection, the skewed pad rotation, top flange width and the span of the beam.

Resumo A reação álcali-agregado (RAA) é uma reação que ocorre entre os álcalis do cimento e alguns compostos minerais presentes em determinados agregados, gerando consequências ao concreto, como por exemplo, fissuração. A reação com maiores ocorrências registrada no Brasil é a reação álcali-sílica (RAS), devido à rapidez com que esta ocorre em função das formas minerais reativas envolvidas. Vários métodos estudados já se comprovaram eficazes para o controle desta reação, sendo um deles a substituição parcial de cimento por adições como as pozolanas, dentre as quais podem ser citadas as cinzas volantes e as escórias de origem siderúrgica. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo o estudo da utilização da escória de aciaria elétrica como redutor da reação álcali-agregado, sendo desenvolvido com base nas orientações da NBR 15577:2008 Agregados - Reatividade Álcali-Agregado, avaliado para diferentes proporções de substituição parcial de cimento por escória. A escória de aciaria elétrica, uma pozolana não tradicional resultante do processo de produção do aço e de características expansivas, teve êxito ao reduzir a expansão da RAS.

Abstract Alkali-aggregate reaction is a chemical reaction between cement alkalis and some reactive mineral present in some aggregates, leading to concrete expansion and cracking. One kind usually observed and studied in Brazil is the alkali-silica reaction, due to its fast development. There are several methods that are effective to control and mitigate this reaction, and one of them is the partial replacement of cement by mineral additions such as pozzolans like fly-ash, silica fume and slag. In this study, we propose the use of electrical steel slag as a partial replacement of cement, evaluating its effectiveness by NBR 15577:2008, employing different proportions as replacement. It seems that the electrical steel slag, despite its expansive behavior, has been effective in the control of the ASR.