Resumo As lajes alveolares protendidas são um dos sistemas estruturais que mais ganhou força nos últimos anos no Brasil devido a sua eficiência e versatilidade. Podem ser empregadas em vários tipos de sistemas construtivos como: alvenaria estrutural, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco e estrutura metálica. Contudo, ainda há poucos modelos de cálculo racionais para avaliar o comportamento ao fogo das lajes alveolares, sendo que, de forma simplificada, sua resistência ao fogo é avaliada de forma indireta pela garantia de uma distância mínima do eixo da armadura até a face do elemento estrutural submetida ao fogo. Neste artigo são apresentados alguns modelos numéricos desenvolvidos em um programa de elementos finitos para analisar a distribuição da temperatura em lajes alveolares de altura reduzida quando em situação de incêndio, com foco na influência da presença dos alvéolos. O método das isotermas de 500 °C aplicado a lajes com 20 cm de altura confirmaram alguns dos Tempos Requeridos de Resistência ao Fogo (TRRF) indicados nos métodos tabulares. Contudo, quando aplicados a lajes alveolares com altura de 16 cm, o método das isotermas de 500 °C indicou que o TRRF dessas lajes é inferior ao indicado nos métodos tabulares.

Abstract Prestressed hollow core slabs are one of the structural systems whose use has increased the most in recent years in Brazil due to its efficiency and versatility. They can be used in many types of structural systems, such as masonry, precast concrete, cast-in-place concrete and steel structures. However, there are few analytical models to evaluate the fire behavior of hollow core slabs. In a simplified way, the fire resistance is evaluated indirectly through the minimum distance of the surface in contact with fire to the reinforcement axis. In this paper, some numerical models in finite element software were developed to analyze the variation of temperature with fire exposure time of shallow hollow core slabs, focusing on the presence of voids in the transversal section of the slab. The 500 °C isotherm method applied to 20 cm high slabs confirmed the Standard Fire Resistance obtained from the tabular method. However, when applied to shallow prestressed hollow core slabs that are 16 cm high, the 500 °C isotherm method indicated that the Standard Fire Resistance of these slabs is lower than values obtained from tabular methods.

Resumo Este trabalho desenvolve uma avaliação comparativa dos principais modelos empíricos de dimensionamento utilizados no reforço de pilares de concreto armado submetidos a carregamento axial centrado. Foram avaliados quatro modelos de confinamento por armaduras transversais, utilizados no dimensionamento do reforço por aumento de seção transversal de concreto, e onze modelos para o dimensionamento do reforço por encamisamento por polímero reforçado com fibras de carbono. Todos eles consideram o efeito do confinamento, proporcionado pela armadura transversal e pelo reforço com fibras, no ganho de resistência do pilar. Para a validação, foi montado um banco de dados contendo 135 pilares ensaiados em diversas pesquisas, ao qual foram aplicados os modelos em análise de modo a identificar aqueles que melhor expressam o comportamento do pilar reforçado. Ao final do trabalho, foi selecionado um modelo de confinamento por armadura transversal e onze combinações entre modelos de confinamento por fibras de carbono e armadura transversal que conduziram às melhores previsões de resistência dos pilares do banco de dados.

Abstract This paper develops a comparative analysis of the main design models used for predicting the strengthening of reinforced concrete columns subjected to uniaxial compression. The study evaluated four strengthening design models with concrete jackets and eleven strengthening design models with wrapping in Carbon Fiber-Reinforced Polymer (CFRP). All models consider the effect of confinement provided by the transverse steel reinforcement and the CFRP sheet wrapping on the gain in resistance of the column. For the validation, a database was formulated containing 135 experimental results of columns tested by several researches, which was used to analyze all design models and identify which was best for expressing the behavior of the strengthened column. At the end of the study, one confinement design model with transverse reinforcement and eleven design models with confinement provided by CFRP sheet wrapping and transverse steel reinforcement which showed the best resistance predictions were selected.

Resumo O uso de consolos de concreto é prática comum na ligação entre vigas e pilares, porém um entrave à sua utilização é a logística de concretagem quando os consolos de um pilar apresentam direcionamentos em diferentes planos. Surge, então, a necessidade de se realizar a concretagem do consolo e do pilar em etapas distintas, o que exige alguns cuidados com a interface e alguma solução para que exista continuidade entre as armaduras. Este trabalho faz análises experimentais, normativas e computacionais de cinco modelos de consolos, sendo um monolítico e quatro concretados em etapa distinta do pilar. Nos resultados são apresentados e discutidos os mecanismos de ruptura, as aberturas de junta, bem como a precisão das previsões analíticas e do modelo computacional. Ao final do trabalho se observou que os consolos com tirante dobrado apresentaram as maiores aberturas de junta, e que o modelo computacional representou melhor a resistência da biela comprimida do consolo monolítico que os modelos normativos.

Abstract The design of a precast structural system requires joints between the structural elements, and concrete corbels are commonly used in the connection between beams and columns. Concrete corbels create an obstacle in the optimization of precast production, mainly of columns that have two or more concrete corbels in different faces. In these cases, the concrete corbels need to be manufactures in a different stage from the column, which requires attention to the interface between column and corbel, and some solution to ensure the continuity of the main tie reinforcement. For this paper, tests were conducted along with analytical and computational modeling of five concrete corbels models: one monolithic model and four where the corbels are manufactured in a different stage from the column. Results show the failure mode, the interface gap opening and the accuracy of the analytical and computational predictions. It was observed that the concrete corbels with bent main tie reinforcement displayed the largest gap-opening at the interface and that the computational modeling represented the strength of the monolithic concrete corbel better than the design code models.

RESUMO O objetivo deste trabalho é realizar uma análise comparativa de alguns modelos de cálculo para consolos de concreto pré-moldado. Para isso, são analisados os modelos de cálculo das normas brasileiras (NBR 9062) e europeia (EUROCODE 2) e de um manual de projeto norte-americano (PCI). Além disso, são analisados três modelos de cálculo sugeridos na literatura. Busca-se nessa comparação identificar os modelos que melhor representam a força de ruína dos consolos, seja pelo escoamento do tirante ou pelo esmagamento do concreto da biela. Além disso, busca-se identificar a contribuição da armadura de costura na resistência do consolo. Para isso, foi montado um banco de dados a partir de resultados de ensaios de consolos de concreto realizados por diversos pesquisadores presentes na literatura, no qual os modelos em questão foram aplicados. Utilizando-se de ferramentas estatísticas, são definidos coeficientes de ajustes a serem aplicados aos modelos para uso em projeto e que levam em conta a dispersão de resultados encontrada na análise.

ABSTRACT The main objective of this paper is performing a comparative analysis of some design models for precast concrete corbels. For this, it was analyzed design models from Brazilian (NBR 9062) and European (EUROCODE 2) Codes and a US design handbook (PCI). Moreover, three analytical models showed in the literature are analyzed. The objective of this comparative is identifying the best design models to represent the failure load of concrete corbels by the tie yields or by the concrete crushing. Moreover, it is intended to evaluate the contribution of horizontal stirrups to resistance of concrete corbels. For this, a database was assembled from test results of concrete corbels carried out by several researchers and they are showed in the literature. The design models were applied to this database and from statistical tools, adjustments coefficients are recommended to be applied on these design models to take into account the results dispersion found in the analysis.

RESUMO O artigo trata de uma contribuição à modelagem numérica do comportamento mecânico de vigas de concreto armado reforçado com fibras de aço utilizando modelos constitutivos baseados na Mecânica do Dano. O mesmo apresenta a formulação de um modelo de Dano proposto que admite o concreto como material inicialmente isótropo e elástico, mas com a evolução do processo de danificação, exibe deformações plásticas, anisotropia e bimodularidade induzidas pelo dano. A incorporação das fibras na modelagem é efetuada por meio de um procedimento de homogeneização. Por fim, análises numéricas de vigas de concreto armado reforçado com fibras de aço sujeitas à flexão são realizadas com o objetivo de avaliar a aplicabilidade da modelagem proposta.

ABSTRACT This work deals with numerical modeling of the mechanical behavior of steel-fiber-reinforced concrete beams using a constitutive model based on damage mechanics. Initially, the formulation of the damage model is presented. The concrete is assumed to be an initial elastic isotropic medium presenting anisotropy, permanent strains, and bimodularity induced by damage evolution. In order to take into account the contribution of the steel fiber to the mechanical behavior of the media, a homogenization procedure is employed. Finally, numerical analyses of steel-fiber-reinforced concrete beams submitted to bending loading are performed in order to show the good performance of the model and its potential.

A aderência entre a barra de aço e o concreto permite que haja a compatibilização entre os dois materiais, validando o uso do concreto armado como material de construção. Quanto melhor a aderência, menores são as aberturas das fissuras e mais protegida fica a armadura. Assim, busca-se nessa pesquisa investigar a influência das fibras de aço na aderência aço-concreto. Para tanto, foram ensaiados trinta e três corpos de prova, com dimensões de 200 mm x 300 mm x 150 mm, dos quais foi arrancada uma barra de aço neles concretada. As variáveis analisadas foram o diâmetro da barra (10 mm, 12,5 mm, 16 mm e 20 mm), o comprimento aderente (cinco e dez vezes o diâmetro da barra) e o volume de fibras de aço adicionadas ao concreto (1% e 2%). Foram utilizadas fibras de aço com ganchos nas extremidades, comprimento de 35 mm e relação de aspecto igual a 65. Dos ensaios de arrancamento foi determinada a forma e a força de ruptura em cada um dos modelos. Adicionalmente, foram feitas simulações computacionais dos ensaios realizados com barra de 10 mm de diâmetro. Tanto os resultados dos ensaios experimentais quanto da modelagem mostraram que as fibras estudadas exercem pequena influência na tensão de aderência entre a barra e o concreto. Por outro lado, quando a ruptura da aderência se dá pelo fendilhamento do cobrimento de concreto, a influência das fibras é significativa.

Bonding between steel bars and concrete makes the two materials compatible, enabling the use of reinforced concrete as a construction material. If the bond is good, there will be less cracks, and the reinforcing bar will be better protected by the surrounded concrete. The aim of this research was to analyze the influence of steel fibers on concrete-steel bond strength. Therefore, pull-out tests were performed with thirty-three prismatic specimens measuring 200 mm x 300 mm x 150 mm. The variables analyzed were: bar diameter (10 mm, 12.5 mm, 16 mm and 20 mm); bond length (five and ten times the diameter); and the volume of steel fibers added to the concrete (1% and 2%). Short, steel, hooked fibers were used, 35 mm in length and with aspect ratio of 65. Based on the pull-out tests assays, the form and force of the rupture was determined in each specimen, Computational simulations of the specimens were also performed with bars of 100 mm in diameter. Both the results of the experimental tests and the modeling showed that the addition of fibers had little effect on the bond strength between the bar and the concrete. On the other hand, when the bond rupture occurred by splitting of the concrete cover, the influence of the steel fibers was significant.

A modelagem computacional cada vez mais se torna parte integrante das atividades dos pesquisadores e profissionais da área de engenharia civil. Para isso, o conhecimento do comportamento mecânico dos materiais é de fundamental importância. No caso das estruturas de concreto submetidas a esforços de cisalhamento, para a correta representação do seu comportamento é necessária a determinação do fator de retenção do cisalhamento. Neste trabalho, procura-se determinar esse fator para concretos reforçados com fibras de aço por meio de ensaios de cisalhamento direto em corpos-de-prova prismáticos associados à modelagem computacional. Foi estudada, em laboratório, uma matriz de concreto com resistência à compressão de 50 MPa, à qual foram adicionadas 1,0% e 2,0% de fibras de aço. A relação tensão versus deslizamento foi determinada experimentalmente, sendo em seguida realizada uma análise inversa dos corpos-de-prova de modo a se determinar o fator de retenção do cisalhamento do concreto reforçado com fibras de aço. Para tanto, foi utilizado o programa comercial de elementos finitos DIANA© 8.1.2. Ao final, o fator de retenção do cisalhamento, bem como a influência das fibras na fissuração, foi validado por meio da modelagem de vigas de concreto armado reforçado com fibras de aço submetidas a esforços de cisalhamento disponíveis na literatura.

Computational modeling has become a common activity to Civil Engineering researchers and professionals. Therefore, the knowledge about the mechanical behavior of materials is very important. To correctly model the mechanical behavior of concrete structures subjected to shear stress, it is necessary to determine the shear retention factor that accounts for the friction between the two surfaces of a crack. The objective of this study is to show how the shear retention factor of steel fiber reinforced concrete can be obtained from direct shear tests associated to computational modeling. A concrete matrix with compressive strength of 60 MPa, to which 1% and 2% content of steel fibers were added, was used for the shear tests. The stress-slip relationship was obtained from these tests, and the shear retention factor of the steel fiber reinforced concrete was determined from inverse analysis using the Finite Element Method software DIANA© 8.1.2. Finally, the shear retention factor and the influence of steel fibers on the cracks were validated from the computational modeling of steel fiber reinforced concrete beams subjected to shear available in the literature.

Neste trabalho é investigada a influência das fibras de aço e das adições minerais (sílica ativa e cinza volante) na fissuração de tirantes de concreto armado. Fibras de aço com gancho nas extremidades e relação de aspecto igual a 65 foram usadas nas frações volumétricas de 0,75%, 1,00% e 1,50%. Dezesseis tirantes de 800 mm de comprimento e seção transversal quadrada de 150 mm de lado reforçados com uma barra de aço CA-50 de 20 mm de diâmetro foram submetidos à tração axial para determinação das aberturas das fissuras. Os resultados mostraram que as fibras reduziram a abertura média de fissuras em até 75% e que as adições minerais melhoraram o comportamento do concreto na fissuração. As aberturas de fissuras foram comparadas aos valores sugeridos pelas recomendações das normas brasileira, americana e européia, que se mostraram inadequadas para estimar a abertura de fissuras em concretos reforçados com fibras.

In this work the influence of steel fibers and mineral additions (silica fume and fly-ash) on cracking behavior of reinforced concrete tension members was investigated. Hooked-end steel fibers with aspect ratio of 65 were used in volumes of 0.75%, 1.00% e 1.50%. Sixteen tension tests were performed in tension members 800 mm long with square cross section of 150 mm of side reinforced with single bar of CA-50 steel with diameter of 20 mm for determining crack widths. The results showed that steel fibers reduced the average crack width up to 75% and mineral additions improved cracking behavior of concrete. Crack widths were compared with suggested values by Brazilian, American and European recommendations, which were unsuitable for estimating crack width in steel fiber reinforced concrete.