Resumo Entre os avanços para o uso de cimentos geopoliméricos encontra-se seu uso como material de reparo em estruturas de concreto. O objetivo desse trabalho foi utilizar uma pasta de cimento geopolimérico no reparo de fissuras em corpos de prova de concreto, observando seu desempenho mecânico e os modos de fraturas. Foram produzidos corpos de prova cúbicos, e, como variáveis, foram avaliados os tipos de fissuras. As fissuras foram induzidas por meio de chapas de aço durante a concretagem. Foram utilizados pasta de cimento geopolimérico e um adesivo epóxi - como referência de desempenho, para os reparos. Os resultados mostraram queda da resistência de 13% para o concreto sem reparo, e de 3,7% no reparado com geopolímero. O aglomerante geopolimérico apresentou desempenho mecânico semelhante ao da resina epóxi, para recuperação da fissura. Conclui-se que o reparo com cimento geopolimérico pode ser considerado eficiente para recuperação de fissuras.

Abstract Among the advances in the use of geopolymer cements is their use as repair materials in concrete structures. The objective of this work was to use a geopolymer cement to repair cracks in concrete specimens, observing its mechanical performance and fracture modes. Cubic test specimens were produced and two types of cracks were evaluated as variables. Cracks were induced by steel sheets during concreting. The geopolymer cement paste and an epoxy adhesive, as reference, were used for the repairs. The results showed a 13% decrease in compressive strength for unrepaired concrete, and 3.7% in concrete repaired with geopolymer. The binder presented mechanical performance similar to that of the epoxy resin regarding crack recovery. In conclusion, repairs made with geopolymer cement are a viable and efficient means of crack recovery.

Resumo O concreto armado é um material compósito formado pela interação entre o concreto e o aço e deve suas boas características à aderência entre eles, onde o concreto absorve os esforços de compressão e o aço os de tração, majoritariamente. Este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento da tensão de aderência de duas classes de concreto após a exposição a diferentes níveis de temperatura. Utilizou-se o ensaio de arrancamento direto (Pull out test) proposto pela RILEM CEB/FIP RC6:1983 e também avaliou-se o comportamento da resistência à compressão e do módulo de elasticidade. Foram ensaiados, aos 28 e aos 90 dias de idade, corpos de prova em concreto de classes 30 MPa e 65 MPa, expostos às temperaturas ambiente (23°C), 400ºC e 800ºC. A curva do comportamento da aderência foi semelhante à de compressão, em que, aos 400°C, estatisticamente, não houve variação significativa em relação à temperatura ambiente e, aos 800°C, perda expressiva de resistência em todos os casos, chegando a 57,09% de redução na resistência à compressão e 40,05% na resistência de aderência.

Abstract High temperatures can affect the macro and micro structural properties of reinforced concrete. This work aimed to analyze the bond strength behavior after high temperature exposure of two classes of concrete, the conventional 30 MPa and the high compressive strength 65 MPa concrete. The pullout test proposed by RILEM CEB / FIP RC6 (1983) was used for the evaluation of the compressive strength and modulus of elasticity. The influence of temperature on the physical-mechanical properties of concrete samples under a simulated fire situation was also studied for the evaluation of the resistant capacity in a post-fire situation. In addition to the analysis at 28 days, samples of the 30 MPa (group I) and 65 MPa (group II) classes were also investigated at 90 days exposed to room (23 °C), 400 °C and 800 °C temperatures. The bond strength curve was similar to that of compressive strength, where, at 400 °C, there was no statistical difference regarding room temperature and, at 800 °C, there was significant loss of strength in all cases. At 90 days age there was a loss of bond strength of 51 and 40 % for groups I and II, respectively. At 800°C the reductions were above 50 % in compressive strength and above 80 % in the modulus of elasticity, for both groups. These results show the structural impairment under high temperature. Comparing the test 28 and 90 days ages, there was no significant influence of age on the bond and compressive strength of the concretes.

Resumo A utilização de fibras de aço no concreto visa aumentar principalmente a tenacidade, em função da aderência das fibras à matriz cimentícia. Entretanto como existem diversas tipologias de fibras de aço, as principais diferenças estão no fator de forma (relação entre comprimento e diâmetro), na geometria das fibras, e, na caracterização entre macrofibras e microfibras, que de modo geral servem para reduzir a macrofissuração e microfissuração, respectivamente. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a utilização de microfibras (20 kg/m³ ou volume igual a 0,26% (Vf) do volume de concreto), macrofibras (20 kg/m³ ou Vf = 0,26%) e a hibridização entre os dois tipos (microfibras (10 kg/m³) + macrofibras (10 kg/m³)) inseridas em um concreto de alta resistência (fc = 80 MPa). Foram utilizados dois tipos de fibras de aço: as macrofibras com diâmetro de 0,75 mm e comprimento de 60 mm (fator de forma igual a 80, com gancho na extremidade); e microfibras com diâmetro de 200 µm e comprimento de 13 mm (fator de forma igual a 65). As fibras foram utilizadas no concreto para atuar como reforço na face tracionada de vigas armadas (12×20×160cm), e foram analisadas as características mecânicas dos concretos: (i) resistência à flexão em corpos de prova prismáticos (10×10×35 cm), (ii) resistência à compressão em corpos de prova cilíndricos (20×Ø10 cm) e (iii) módulo de elasticidade em corpos de prova cilíndricos (20×Ø10 cm). Análise dos resultados mostraram que na resistência à compressão houve um acréscimo de aproximadamente 8% para todas as composições com fibras em relação ao concreto sem fibras. Quanto ao módulo de elasticidade foi verificado comportamento semelhante. Nos corpos de prova prismáticos (10×10×35 cm) ocorreu aumento na tenacidade, sendo que as macrofibras tiveram melhor desempenho. Nas vigas de 12×20×160cm, ocorreu aumento da capacidade portante, quanto ao momento de fissuração e rotação plástica, sendo que o melhor resultado também foi obtido com as macrofibras. De modo geral, pode-se concluir que a aplicação do reforço com fibras de aço na face tracionada das vigas foi eficiente, embora não apresentou aumento significativo na resistência à compressão, fato que pode estar correlacionado ao reduzido volume de fibras utilizado.

Abstract The use of steel fibers in the concrete is mainly aimed at increasing the post-peak toughness, due to the adhesion of the fibers to the cementitious matrix. However, there are several typologies of steel fibers, and the main differences are in the form (relation between length and diameter), fiber geometry, and the characterization between macrofibers and microfibers, which generally serve to reduce macrocracking and microcracking, respectively. In this context, this work evaluated the use of microfibers (20 kg/m³ or volume equal to 0.26% (Vf) of concrete volume), macrofibers (20 kg/m³ or Vf = 0.26%) and hybridization (10 kg/m³) + macrofibers (10 kg/m³) inserted in a high strength concrete (fc = 80 MPa). Two types of steel fibers were used: macrofibers with a diameter of 0.75 mm and a length of 60 mm (a form factor of 80); and microfibers with a diameter of 200 μm and a length of 13 mm (a form factor of 65). The fibers were used in concrete to act as a reinforcement on the compression face of reinforced beams (12×20×160cm), and the mechanical characteristics of the concretes were analyzed: (i) flexural strength in prismatic specimens (10×10×35 cm), (ii) compressive strength in cylindrical specimens (20×Ø10 cm) and (iii) modulus of elasticity in cylindrical specimens (20×Ø10 cm). Analysis of the results showed that compressive strength increased by approximately 8% for all the compositions with fibers compared with concrete without fibers. Similar behavior was verified for the modulus of elasticity. In the prismatic specimens (10×10×35 cm) an increase in toughness was observed, with the macrofibers performing better. In beams measuring 12×20×160 cm, an increase in bearing capacity was verified regarding cracking time and plastic rotation, with the best result also obtained using macrofibers. Overall, it can be concluded that the application of reinforcement with steel fibers in the compression face of beams was efficient, even though it did not present a significant increase in compressive strength, a fact that could be correlated with the reduced volume of fibers used.

Resumo O estudo de aglomerantes alternativos ao cimento Portland, como os cimentos geopoliméricos, contribui para o desenvolvimento de materiais com diferentes propriedades. Com este objetivo, nesta pesquisa, foi avaliado experimentalmente o comportamento de vigas de concreto comparando com modelo numérico utilizando Elementos Finitos. Foram fabricadas duas vigas de concreto, uma utilizando cimento Portland e outra utilizando cimento geopolimérico. As vigas foram instrumentadas com LVDT´s e strain gauges para medir a deformação do concreto e do aço. A resistência à compressão do concreto geopolimérico foi 8% superior em relação ao concreto de cimento Portland (55 MPa e 51 MPa, respectivamente) e a tensão de ruptura a flexão também foi 8% superior para a viga de concreto geopolimérico (131 kN) em relação a viga de concreto de cimento Portland (121 kN). Mecanismos distintos de ruptura foram observados, com maior deformação plástica para viga de concreto geopolimérico, mostrando sua tenacidade. O concreto geopolimérico apresentou maior resistência de aderência à tração e maior coesão na interface com a armadura.

Abstract The study of alternative binders to Portland cement, such as geopolymer cements, offers the chance to develop materials with different properties. With this purpose, this study evaluated experimentally the mechanical behavior of a geopolymer concrete beam and compared to a Finite Element (FE) nonlinear numerical model. Two concrete beams were fabricated, one of Portland cement and another of metakaolin-based geopolymer cement. The beams were instrumented with linear variable differential transformers and strain gauges to measure the deformation of the concrete and steel. Values for the compressive strength of the geopolymer cement concrete was 8% higher than the Portland cement concrete (55 MPa and 51 MPa, respectively) and the tensile rupture strength was also 8% higher (131 kN) for the geopolymer concrete beam in relation to Portland cement concrete beam (121 kN). Distinct failure mechanisms were verified between the two samples, with an extended plastic deformation of the geopolymer concrete, revealing post-fracture toughness. The geopolymer concrete showed higher tensile strength and better adhesion in cement-steel interface.

Resumo O estudo visa avaliar a possibilidade de se usar os resultados do ensaio de arrancamento “pull-out test” - ensaio de aderência aço-concreto para estimativa da resistência à compressão do concreto, este método vem sendo utilizado com sucesso pelo grupo de pesquisa APULOT, desde 2008 [1]. A pesquisa ora realizada evidencia a existência da correlação entre essas duas variáveis, aderência e resistência à compressão do concreto, o que permite determinar estimativas apropriadas da resistência à compressão do concreto, melhorando deste modo a capacidade do controle tecnológico “in situ” do concreto. Entretanto para se obter respostas adequadas dos ensaios de aderência aço-concreto é necessário controlar as configurações de ensaio, dado que existem diversos formatos de corpos de prova para estes tipos de ensaios na literatura. Deste modo, este trabalho tem por objetivo correlacionar os resultados obtidos em ensaios de aderência do tipo pull-out a suas variáveis por meio da utilização de Redes Neurais Artificiais (RNA). Com a utilização de uma RNA, pode-se correlacionar, de forma não linear, dados de entrada conhecidos (idade de ruptura, comprimento de ancoragem, cobrimento e resistência à compressão) com parâmetros de controle (tensão de aderência aço-concreto). Para gerar o modelo neural é necessário treinar a rede, expondo-a a uma série de dados com parâmetros de entrada e de saída conhecidos. Isto permite estimar os coeficientes de correlação entre os neurônios de cada camada. O presente trabalho apresenta a modelagem de uma RNA capaz de realizar uma aproximação não linear, visando estimar a resistência à compressão do concreto a partir dos resultados de ensaios de aderência aço-concreto.

Abstract This study aims the possibility of using the pull-out test results - bond tests steel-concrete, that has been successfully carried out by the research group APULOT since 2008 [1]. This research demonstrates that the correlation between bond stress and concrete compressive strength allows estimate concrete compressive strength. However to obtain adequate answers testing of bond steel-concrete is necessary to control the settings test. This paper aims to correlate the results of bond tests of type pull-out with its variables by using Artificial Neural Networks (ANN). Though an ANN is possible to correlate the known input data (age rupture, anchorage length, covering and compressive strength of concrete) with control parameters (bond stress steel-concrete). To generate the model it is necessary to train the neural network using a database with known input and output parameters. This allows estimating the correlation between the neurons in each layer. This paper shows the modeling of an ANN capable of performing a nonlinear approach to estimate the concrete compressive strength using the results of steel-concrete bond tests.

Resumo A modelagem de estruturas de concreto armado tem tido um crescente progresso na Mecânica Computacional, de modo que os fenômenos complexos, tais como fissuração e esmagamento, fluência, escoamento da armadura, perda da aderência aço-concreto, podem ser modelados de forma razoavelmente realista, usando um conjunto apropriado de recursos numéricos e computacionais. Entre as diversas opções, os baseados no Método dos Elementos Finitos (MEF) permitem simulações complexas de análises de estruturas de concreto armado, incluindo a interação de diferentes efeitos não lineares. Este artigo lida com a análise não linear em elementos finitos, da perda de aderência entre a armadura de aço e o concreto, levando em consideração um estudo experimental anteriormente realizado. A análise via MEF apresentada usa uma combinação de recursos onde o comportamento do concreto é descrito pelo Modelo Constitutivo de Microplanos, e um Modelo de Armadura Embutida é usado para representar o aço inserido no concreto e levar em conta o efeito da perda de aderência. Os modelos do MEF foram criados usando o sistema computacional INSANE (Interactive Structural Analysis Environment), software de código aberto que possui um conjunto de ferramentas para análise não linear de estruturas em concreto armado. As correlações entre os resultados numérico-experimentais e os vários parâmetros validam a combinação de recursos proposta e identificam o significado de vários efeitos sobre a resposta.

Abstract The modeling of reinforced concrete structures has taken advantage of the increasing progress on Computational Mechanics, in such way that complex phenomena, such as cracking and crushing, creep, reinforcement yielding, steel-concrete bond loss, can be modeled in a reasonable realistic way, using the proper set of numerical and computational resources. Among several options, the ones based on the Finite Element Method (FEM) allow complex analysis simulations of reinforced concrete structures, including the interaction of different nonlinear effects. This paper deals with the nonlinear finite element analysis of the bond-slip between reinforcing steel and concrete, taking into account an experimental study previously performed. The FEM analysis presented uses a combination of resources where the material behavior of concrete is described by the Microplane Constitutive Model, and an embedded reinforcement model is used to represent steel inside the concrete and take into account the effect of bond-slip. The FEM models were created using the INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment) computational system, open source software that has a set of FEM tools for nonlinear analysis of reinforced concrete structures. The correlations between numerical-experimentals results and several parameters validate the proposed combination of resources and identifies the significance of various effects on the response.

EA presente pesquisa se propõe a estudar a viabilidade do uso de ensaios de aderência aço-concreto para estimativa da resistência à compressão axial do concreto, com o objetivo de empregá-los como um complemento no controle de qualidade do concreto armado. Lorrain e Barbosa (2008)[1]e Lorrain et al. (2011)[2]justificam a utilização de um ensaio de aderência modificado, denominado APULOT, para estimar a resistência à compressão do concreto, incrementando as possibilidades de controle tecnológico do concreto armado em canteiros de obras. Os mesmos propõem uma adaptação do método pull-out test (POT) tradicional, normalizado pela CEB/FIP RC6:1983[3], por ser este um ensaio de baixa complexidade e de custo reduzido. Para viabilizar o uso do ensaio APULOT como ensaio de controle tecnológico do concreto em canteiro de obras é necessário definir um padrão para o mesmo e adaptá-lo da prática experimental do laboratório para o campo. A primeira parte deste trabalho buscou avaliar a potencialidade de efetuar estimativas da resistência à compressão a partir dos dados da tensão de aderência obtidos com uso do POT. Na segunda parte deste trabalho serão apresentados e discutidos resultados de ensaios realizados com o método APULOT. Foram ensaiadas 2 composições de concreto de classes distintas (25 MPa e 45 MPa), aos 3, 7 e 28 dias. Foram, ainda, usadas na confecção dos corpos de prova barras nervuradas com diâmetros nominais de 8, 10 e 12,5 mm, totalizando 144 ensaios do tipo APULOT. Os resultados obtidos mostram que, sob condições padronizadas de ensaio, a correlação entre a tensão máxima de aderência e a resistência à compressão do concreto é satisfatória, em todas as idades ensaiadas, fortalecendo o propósito de consolidar este ensaio como uma alternativa complementar para controle de qualidade do concreto armado.

The scope of this research investigates the feasibility to use steel-concrete bond tests for estimating the compressive strength of concrete to supplementary use it in the quality control of reinforced concrete. Lorrain and Barbosa (2008)[1] and Lorrain et al. (2011)[2] justify the use of a modified bond test, called APULOT, to estimate the compressive strength of concrete, thereby increasing the possibilities for the technological control of reinforced concrete at construction sites. They propose an adaptation of the traditional pull-out test (POT) method, standardized by CEB/FIP RC6:1983[3], as this is a low complexity test with the advantage of reduced costs. The use of the APULOT test as a technological control test of concrete at construction sites requires determining a standard and also adapting it from the experimental laboratory practice to the field. The first part of this work evaluated the potential to perform compressive strength estimates from the bond strength data obtained by the POT test. The second part of this paper will present and discuss the test results achieved by the APULOT method. Two concrete compositions of different classes (25 MPa and 45 MPa) were tested at 3, 7 and 28 days. Ribbed bar specimens (nominal diameters of 8, 10 and 12.5 mm) were also used in the preparation stage of the specimens, totaling 144 APULOT tests. The results show that under standard test conditions, the correlation between the maximum bond strength and the compressive strength of concrete is satisfactory at all ages tested, corroborating the objective of consolidating this test as a complementary alternative for controlling the quality of reinforced concrete.

A presente pesquisa se propõe a estudar a viabilidade do uso de ensaios de aderência aço-concreto para estimativa da resistência à compressão axial do concreto, com o objetivo de empregá-los como um complemento no controle de qualidade do concreto armado. Lorrain e Barbosa (2008) 14] e Lorrain et al. (2011) 15] justificam a utilização de um ensaio de aderência modificado, denominado APULOT, para estimar a resistência à compressão do concreto, incrementando as possibilidades de controle tecnológico do concreto armado em canteiros de obras. Os mesmos propõem uma adaptação do método pull-out test (POT) tradicional, normalizado pela CEB/FIP RC6:1983 8], por ser este um ensaio de baixa complexidade e de custo reduzido. Para viabilizar o uso do ensaio APULOT como ensaio de controle tecnológico do concreto em canteiro de obras é necessário definir um padrão para o mesmo e adaptá-lo da prática experimental do laboratório para o campo. O presente trabalho buscou avaliar num primeiro momento, a potencialidade de efetuar estimativas da resistência à compressão a partir dos dados da tensão de aderência obtidos com uso do POT. Para tanto, foram ensaiadas 2 composições de concreto de classes distintas, aos 3, 7 e 28 dias. Foram, ainda, usadas na confecção dos corpos de prova barras nervuradas com diâmetros nominais de 8, 10 e 12,5 mm, totalizando 108 ensaios do tipo POT. Os resultados obtidos mostram que, sob condições padronizadas de ensaio, a correlação entre a tensão máxima de aderência e a resistência à compressão do concreto é satisfatória, em todas as idades ensaiadas, fortalecendo o propósito de consolidar este ensaio como uma alternativa complementar para controle de qualidade do concreto armado. Na segunda parte deste trabalho serão apresentados e discutidos resultados de ensaios realizados com o método APULOT.

This study analyzes the feasibility of using steel-concrete bond tests for determining the compressive strength of concrete in order to use it as a complement in the quality control of reinforced concrete. Lorrain and Barbosa (2008) 14] and Lorrain et al. (2011) 15] justify the use of a modified bond test, termed APULOT, to estimate the compressive strength of concrete, hence increasing the possibilities for the technological control of reinforced concrete for constructions. They propose an adaptation of the traditional pull-out test (POT) method, standardized by the CEB / FIP RC6: 1983 8], because it is a low complexity and low cost test. To enable the use of the APULOT test as a technological control test of concrete at construction sites requires determining its methodology and adapting the experimental laboratory practice to the construction itself. The aim of this study is to evaluate the possibility of conducting compressive strength estimates using bond stress data obtained by the traditional pull-out tests (POT). Thus, two concrete compositions of different classes were tested at 3, 7 and 28 days. Ribbed bar specimens (nominal diameters of 8, 10 and 12.5 mm) were also used in the preparation stage, totaling 108 POT tests. The results show that the correlation between the maximum bond stress and the compressive strength of concrete is satisfactory in predetermined cases, at all ages tested, reinforcing the purpose of consolidating this test as a complementary alternative to control the quality of reinforced concrete. In the second part of this paper the test results obtained with the APULOT method are presented and discussed.