Abstract An experimental study is presented to produce Ultra High Performance Reinforced Concrete (UHPRC) with sustainable materials produced in Brazil. A complete factorial arrangement was defined and five controllable factors were selected based on the literature review. Cylindrical specimens were tested at 7, 14 and 28 days of curing, with and without heat treatment. The residual deviations of the results were determined and an analysis of variance using ANOVA was applied to know the contribution of each controllable factor on the compressive strength, which reached a maximum value of 138.12 MPa. Finally, a mix design is proposed to obtain UHPRC by applying a simple manufacturing procedure using commercial materials, with which a high performance concrete can be obtained, reaching at least 70% of its strength in seven days.

Resumen Se presenta un estudio experimental para producir Ultra High Performance Reinforced Concrete (UHPRC) con materiales sustentables producidos en Brasil. Un arreglo factorial completo fue definido y cinco factores controlables fueron seleccionados basados en la revisión bibliográfica. Especímenes cilíndricos fueron ensayados a los 7, 14 y 28 días de curado, con y sin tratamiento térmico, para determinar la resistencia a la compresión. Desvíos residuales fueron determinados y se aplicó un análisis de varianza usando ANOVA para conocer la contribución de cada factor controlable sobre la resistencia a la compresión, la cual alcanzó un valor máximo de 138,12 MPa. Al final se propone un diseño de mezcla para obtener UHPRC aplicando una metodología simple de fabricación usando materiales comerciales, con los cuales se puede obtener un concreto de alto desempeño que alcanza a los siete días de curado el 70% de su resistencia.

Resumo Este artigo apresenta um estudo sobre a confiabilidade da ligação laje-pilar interno de lajes lisas, sem armadura de cisalhamento, sob punção, dimensionadas de acordo com a norma brasileira NBR 6118:2014. A avaliação da confiabilidade foi feita através da comparação do índice de confiabilidade β com o índice de confiabilidade alvo recomendado pelo Código Modelo 2010 da fib. Os índices de confiabilidade foram calculados a partir da análise estatística dos dados obtidos com simulações numéricas utilizando o Método de Monte Carlo, com amostragem por Latin Hypercube, através do software ANSYS. Os resultados encontrados mostram que, para a maior parte das lajes analisadas nesse trabalho, os índices de confiabilidade β apresentam resultados satisfatórios. Entretanto, algumas das lajes analisadas apresentam resultados abaixo dos limites estabelecidos. Assim, o estudo indica que a NBR 6118:2014 está adequada para a maioria das lajes lisas sem armadura de cisalhamento.

Abstract This article presents a study on the reliability of internal column-slab connection under punching, designed according to the Brazilian Standard NBR 6118:2014. The evaluation of reliability was made by comparing the reliability index β with the target reliability index recommended by the fib Model Code 2010. The reliability indexes were calculated through statistical analysis of the data obtained with numerical simulations using the Monte Carlo method, with Latin Hypercube sample, through ANSYS software. The results showed that, for most slabs, the indexes of reliability β presented satisfactory results. However, some of the tested slabs presented results below the assumed limits. Therefore, this article suggests that the Brazilian Standard NBR 6118:2014 is appropriate for most flat slabs without shear reinforcement.

Resumo O concreto é um material que apresenta efeitos diferidos no tempo, que estão associados aos fenômenos de fluência e retração. A modelagem numérica da fluência não é trivial, pois depende da idade do concreto no instante de aplicação do carregamento, o que torna necessário armazenar a história de carga para posterior aplicação do princípio da superposição dos efeitos. Contudo, um problema formulado em elementos finitos possui muitos pontos de integração, tornando esse armazenamento impossível. A Teoria da Solidificação, juntamente com o algoritmo incremental desenvolvido por Bazant e Prasannan ([1], [2]), permitem resolver esse problema. Esse artigo apresenta a adaptação desse algoritmo em um programa de elementos finitos (ANSYS), considerando a fluência e, também a retração, conforme formulado pelo Código Modelo CEB-FIP 1990 [3]. Os resultados comprovam que as deformações previstas por esta adaptação estão em conformidade com a solução analítica dada pelo CEB-FIP MC90, incluindo situações em que as cargas são aplicadas ao longo de diferentes idades do concreto.

Abstract Concrete is a material that presents time-delayed effects associated with creep and shrinkage phenomena. The numerical modeling of the creep is not trivial because it depends on the age of the concrete at the time of loading, which makes necessary to store the history of loads to apply the principle of superposition. However, a problem formulated in finite elements has many points of integration, making this storage impossible. The Theory of Solidification, together with incremental algorithm developed by Bazant e Prasannan ([1], [2]), solves this problem. Therefore, this paper presents the adaptation of this algorithm to a finite element commercial software (ANSYS) considering the creep, according to the CEB-FIP Model Code 1990 [3]. The results demonstrate that the deformations provided by this adaptation are in accordance with the analytical solution given by the CEB-FIP MC90, including cases where the loads are applied at different ages of the concrete.

RESUMO Este artigo apresenta um procedimento para a simulação numérica por elementos finitos tridimensionais do processo de escavação de um túnel com revestimento em concreto. O comportamento do maciço rochoso é representado pela lei viscoplástica de Perzyna. O concreto, projetado ou pré-moldado, é modelado como um material viscoelástico através das cadeias de Maxwell e Kelvin. As simulações por elementos finitos são realizadas pela incorporação de sub-rotinas dos modelos viscoelásticos para o concreto no programa ANSYS. O método para simular a escavação do túnel é pela ativação e desativação de elementos em etapas sucessivas. Na primeira parte do artigo duas validações do modelo são apresentadas. A solução analítica e a obtida pelo programa ANSYS, para a deformação alcançada após a estabilização, são comparadas para um túnel sem revestimento. Os resultados para um túnel revestido, considerando o maciço viscoplástico e o revestimento elástico, são comparados com os valores determinados pelo programa GEOMEC91. Na segunda parte, o mesmo túnel é analisado, considerando o revestimento de concreto viscoelástico, conforme os modelos das cadeias de Maxwell e Kelvin. Finalmente, é modelado o túnel experimental de Kielder, para o qual dados medidos in situ estão disponíveis.

ABSTRACT This paper describes a numerical simulation with 3D finite elements of a tunnel. The viscoplastic law of Perzyna represents the rockmass behavior. The concrete, shotcrete or precast, is modeled as a viscoelastic material through the Maxwell and Kelvin chain models. Finite element simulations are performed by incorporating subroutines for viscoelastic concrete models in the ANSYS code. The method to simulate tunnel excavations is by activating and deactivating elements in sequential steps. In the first part of the paper two validations are performed. The analytical solution and the deformation achieved on the stabilization in the ANSYS code are compared with an unlined tunnel. A lined tunnel, with an elastic and viscoplastic rockmass combined with an elastic lining, is compared with the results of the GEOMEC91 code. In the second part, it is compared the same tunnel with two different concrete lining for two chain models. Finally, it is modeled the Kielder experimental tunnel, which in situ measured data is available.

A aplicação de materiais compósitos à base de resinas poliméricas e fibras no reforço de estruturas de concreto armado se tornou uma técnica bastante difundida nos últimos tempos. O uso dos compósitos reforçados com fibras de carbono, ou outros tipos de fibras sintéticas, se consolidou pelas suas excelentes características, tais como elevada resistência, baixo peso, resistência à corrosão, etc. Este material, na forma de lâminas ou laminados, é colado no substrato de concreto através de adesivos à base de epóxi. Apesar do uso do epóxi apresentar excelentes resultados em termos de colagem e resistência, algumas desvantagens podem ser citadas, tais como: baixa permeabilidade, baixa compatibilidade térmica em relação ao concreto, baixa resistência ao fogo, etc. Para evitar alguns desses problemas, um sistema compósito à base de tecidos ou malhas de fibras sintéticas coladas na superfície de concreto com argamassa de cimento pode ser usado. O objetivo deste trabalho é fazer uma análise numérica, através de um modelo não linear de elementos finitos, do comportamento estrutural de vigas de concreto armado reforçadas à flexão com compósitos baseados na combinação de tecidos de fibras sintéticas de alta resistência e argamassa de cimento. Os resultados numéricos são comparados aos resultados experimentais publicados em artigos técnicos internacionais, que demonstram a eficiência da técnica de reforço e a capacidade do modelo numérico.

The use of composite materials based on polymeric resins and fiber as strengthening in concrete structures has been widely used. The use of carbon fiber reinforced polymers or other synthetic fibers is consolidated by its excellent characteristics, such as high strength, low weight, corrosion resistance, etc. This material in the form of sheets or laminates is bonded to the concrete substrate with epoxy-based adhesives. Although epoxy has proven to have excellent bonding and resistance performance, it has some disadvantages, such as low permeability, poor thermal compatibility with the base concrete, poor fire resistance, etc. Cement-based composite systems consisting of FRPs and a cementitious bonding agent can be used to prevent some of these problems. This study presents the numerical analysis, using a non-linear finite element model, of the structural behavior of reinforced concrete beams externally reinforced with a composite material made of high-strength synthetic fiber mesh and cementitious mortar. The numerical results were compared with experimental results reported in international journals, demonstrating the efficiency of the strengthening technique and the numerical model capacity.

Este artigo apresenta uma proposta para a automatização dos procedimentos de projeto de peças fletidas de concreto com protensão aderente e não aderente, conforme recomendações das normas brasileira (NBR 6118:2007) e francesa (Règles BPEL 91). É crescente a utilização da protensão em estruturas de concreto, devido principalmente às suas vantagens construtivas, à redução na incidência de fissuras e à diminuição das dimensões das peças com o emprego mais eficiente dos materiais de maior resistência. A análise estrutural é feita através de um modelo numérico que utiliza elementos finitos do tipo híbrido para pórticos planos, considerando a não-linearidade geométrica, carregamentos cíclicos e construção composta. Nas rotinas computacionais implementadas são consideradas as situações de protensão completa, limitada e parcial e verificados conforme cada caso, os estados limites de descompressão, de formação e de abertura das fissuras, além dos estados limites últimos finais e no ato da protensão. Por fim, são apresentados dois exemplos que comparam situações de projeto, segundo as normas brasileira e francesa.

This paper presents a suggestion for the automation of the design procedures of bonded and unbonded prestressed concrete flexural members, according to the Brazilian (NBR 6118:2007) and French (Règles BPEL 91) norm specifications. Prestressing of concrete structures has been increasingly used, mainly due to its building advantages, as well as allowing reducing crack incidence and element dimensions by the use of more resistant materials. Structure is analyzed by a numerical model that employs a hybrid type finite element for planar frames, considering geometric nonlinearity, cyclic loading and composite construction. The computational algorithm implemented considers full, partial and limited prestressing situations, evaluating in each case decompression limit state, limit state of cracking, ultimate limit state and final prestressing state. Finally, two examples comparing design situations according to the Brazilian and French norms are presented.

Este trabalho apresenta um modelo numérico para análise tridimensional de estruturas de concreto armado submetidas a cargas monótonas. O modelo proposto para o concreto é um modelo ortotrópico e utiliza o conceito de deformação uniaxial equivalente. A relação tensão-deformação uniaxial equivalente é generalizada para levar em consideração as condições triaxiais de tensão. Os parâmetros usados na curva tensão-deformação uniaxial equivalente são determinados a partir da superfície de ruptura definida no espaço de tensões principais. Também, implementouse um modelo de armadura incorporada para representar as barras de armadura. Por fim, apresentam-se resultados comparativos com ensaios experimentais e analíticos para demonstrar a validade do modelo numérico.

This work presents a numerical model for 3D analyses through the finite element method of reinforced concrete structures subjected to monotonic loads. The proposed model for concrete is orthotropic and uses the equivalent uniaxial strain concept. The equivalent uniaxial stress-strain relation is generalized to take into account the triaxial stress conditions. The parameters used in the equivalent uniaxial stress-strain curve are determined from the failure surface defined in the principal stress space. The implementation in finite elements is based on the consideration of smeared cracks with cracks rotating according to the directions of the principal stresses. Also, an embedded reinforcement model was implemented to represent existent reinforcing bars. Finally, some results are compared with experimental data from the literature to demonstrate the validity of the numerical model developed.

Determinar o comportamento global de materiais reforçados a partir das propriedades individuais de seus componentes vem sendo tema de um considerável número de trabalhos experimentais e teóricos nos últimos anos. A modelagem multifásica é uma generalização alternativa do método de homogeneização cujo princípio básico consiste em descrever o concreto armado como a superposição geométrica da fase matriz (concreto) e da fase reforço (barras de aço). Esta técnica foi empregada com sucesso em uma série de trabalhos envolvendo estruturas geotécnicas. No caso da estruturas de concreto, Figueiredo et al (2009) estuda o comportamento mecânico de placas de concreto armado sob a ação de carregamento prescrito com o uso da modelagem multifásica em elastoplasticidade. No presente trabalho é acrescentado ao modelo previamente desenvolvido o algoritmo que leva em conta a fissuração do concreto baseado no modelo de fissuras distribuídas apresentado por Hinton (1988). São realizadas comparações com simulações diretas clássicas visando salientar as vantagens do modelo como a redução significativa do custo computacional.

Assessing the global behavior of reinforced materials from the individual properties of their components has been the subject of a considerable amount of experimental and theoretical works in the last years. The so-called multiphase model is an alternative generalization of the homogenization method and it relies upon the idea that, at the macroscopic scale, the reinforced concrete is a geometrical superposition of the matrix phase (concrete) and the reinforcing phase (steel bars). This technique was already successfully employed in several geotechnical structures. Considering the particular case of concrete structures, Figueiredo et al [1] analyzed the mechanical behavior of reinforced concrete flat slabs under prescribed loading using the multiphase model in elastoplasticity. The present contribution extents a previously numerical code to account for concrete cracking based on a smeared crack approach. Comparison with direct simulation results emphasizes the advantage of such multiphase model in terms of reduced computational cost.

Neste trabalho é apresentado um modelo computacional, baseado no método dos elementos finitos, para a simulação do comportamento de peças de concreto nas primeiras idades, tendo, em especial, o propósito de avaliar o potencial risco de fissuração. A análise por elementos finitos abrange a modelagem computacional dos fenômenos químicos, térmicos, de difusão de umidade e mecânicos que ocorrem nos primeiros dias após o lançamento do concreto. Os resultados desta modelagem computacional foram comparados com valores experimentais encontrados na literatura, demonstrando excelente aproximação em todas as etapas de solução implementadas.

In this work a computational model, based on the finite element method was implemented, to simulate the early age concrete behavior, having as a special feature, the evaluation of the cracking risk. The finite element analysis encloses the computational modeling of the following phenomena: chemical, thermal, diffusion and mechanical which occur at the first days after the concrete cast. The developed software results were compared with experimental values found in the literature, demonstrating an excellent agreement for all the implemented analysis.