Abstract Modern non-destructive investigation techniques and computational tools for nonlinear analysis allow understanding the structural behavior and damage of existing buildings, aiming at the least possible extent of intervention. Careful and minimal intervention is essential to preserve the authenticity of the built cultural heritage. An investigation with a historical, experimental, and numerical approach was carried out in the Theatro Municipal do Rio de Janeiro, in Brazil, a building with an eclectic architecture from the beginning of the twentieth century. Its masonry domes and vault have paintings by renowned artists on their intrados and were strengthened in the 1970s. The adopted methodology was based on anamnesis, characterization and observation of the structure employing non-destructive tests, and on the assessment of its vulnerability by nonlinear analyses of calibrated numerical models. Several hypotheses of differential settlement under gravitational actions were investigated, seeking to reproduce the cracking pattern and to identify the causes of damage to the masonry domes and vault before the strengthening. The nonlinear analysis of the structure allowed to evaluate the causes of the observed damage, assess the level of safety, identify the most vulnerable parts, and characterize the collapse mechanisms, in addition to demonstrating the efficiency of the intervention measures adopted in the past.

Resumo Técnicas modernas de investigação não destrutiva e ferramentas computacionais para análise não linear permitem compreender o comportamento estrutural e danos em edifícios existentes, visando a menor intervenção possível. A intervenção cuidadosa e mínima é essencial para preservar a autenticidade do patrimônio cultural construído. Uma investigação de abordagem histórica, experimental e numérica foi realizada no Theatro Municipal do Rio de Janeiro, no Brasil, edifício de arquitetura eclética do início do século XX. Suas cúpulas e abóbada em alvenaria possuem pinturas de renomados artistas no intradorso e foram reforçadas na década de 1970. A metodologia adotada baseou-se na anamnese, caracterização e observação da estrutura por meio de ensaios não destrutivos e na avaliação de sua vulnerabilidade por análises não lineares de modelos numéricos calibrados. Diversas hipóteses de recalque diferencial sob ações gravitacionais foram investigadas, buscando reproduzir o padrão de fissuração e identificar as causas dos danos nas alvenarias antes do reforço. A análise não linear da estrutura permitiu avaliar as causas dos danos observados, estimar o nível de segurança, identificar as partes mais vulneráveis e caracterizar os mecanismos de colapso, além de demonstrar a eficácia das medidas de intervenção adotadas no passado.

Abstract The evaluation of service conditions of concrete structures has still been carried out through implicit knowledge based on the expertise and knowledge of inspectors, who classify structures based on subjective criteria. The main degradation mechanism of reinforced and prestressed concrete structures is the corrosion of steel reinforcements, with expressive maintenance and repair costs. The phenomenon of corrosion in concrete structures has a complex behavior and presents several uncertainties, and deterministic analyzes can produce very conservative responses, which can unnecessarily increase maintenance costs, thus justifying probabilistic approaches. This article then presents a systematic literature review of articles that address the evaluation of concrete structures under reinforcement corrosion using a probabilistic approach. In this regard, 94 journal articles obtained through an appropriate review protocol were reviewed. Thus, the summary of the main proposed methodologies was carried out, as well as the identification of research gaps on the subject.

Resumo A avaliação das condições de serviço de estruturas de concreto ainda tem sido realizada através de conhecimentos implícitos, baseados na experiência e no conhecimento de inspetores, que classificam as estruturas a partir de critérios subjetivos. O principal mecanismo de degradação das estruturas de concreto armado e protendido é a corrosão das armaduras de aço, com custos diretos de manutenção e reparo bastante expressivos. O fenômeno da corrosão em estruturas de concreto possui comportamento complexo e apresenta diversas incertezas, e análises determinísticas podem produzir respostas muito conservadoras, que podem, desnecessariamente, aumentar os custos de manutenção, justificando assim abordagens probabilísticas. Esse artigo apresenta então uma revisão sistemática da literatura dos artigos que abordam a avaliação de estruturas de concreto sob corrosão das armaduras através de abordagem probabilística. Para isso, 94 artigos, obtidos através de um protocolo de revisão adequado, foram revisados. Desse modo, a sumarização das principais metodologias propostas foi realizada, bem como a identificação de lacunas de pesquisa sobre o tema.

Abstract In this work, a study was carried out on the steel failure behavior of composite dowel shear connectors with regular rectangular cutoff. The bearing capacity equation related to the steel failure is normally treated in the literature as a function of the thickness, yield strength, geometric repetition and shape coefficient. The connector with regular rectangular cutoff study comprised the deduction of the steel failure equation according to von Mises criterion and the comparison of the results obtained from numerical analysis produced for this work and experimental results from literature. The shape coefficient found in each phase of the study is presented. Furthermore, from the numerical results it was possible to evaluate the stress distribution on the steel dowel and verify the coherence of the mechanical model that considers a straight critical section and a uniformly distributed load due to the concrete pressure on the steel dowel.

Resumo Neste trabalho foi realizado um estudo sobre o comportamento à falha do aço dos conectores de cisalhamento fabricados com recortes regulares retangulares. A equação para a capacidade resistente relacionada à falha do aço da conexão é normalmente tratada na literatura em função da espessura, da resistência ao escoamento da chapa do conector, da repetição geométrica e do fator de forma. O estudo do conector com recorte regular retangular compreendeu a dedução da equação para a falha do aço segundo o critério de von Mises e a comparação dos resultados obtidos com resultados numéricos produzidos para esse trabalho e experimentais provenientes de outros trabalhos. É apresentado o fator de forma encontrado em cada fase do estudo. Além disso, a partir dos resultados numéricos foi possível avaliar a distribuição de tensões sobre o pino de aço do conector e verificar a coerência do modelo mecânico que considera uma seção crítica retilínea e um carregamento uniformemente distribuído devido à pressão do concreto sobre o pino de aço.

Abstract The construction of high-rise buildings has emerged as a constructive trend worldwide, and excessive vibration problems due to wind actions are becoming increasingly frequent. The Brazilian design standard NBR 6123 recommends that the transfer of wind actions used for structural analysis be carried out based on the pressure coefficients along the building facades for static analyses and considers their non-deterministic dynamic behaviour through a stochastic modelling method of the wind velocity field. To present an alternative approach to this methodology, this study aims to investigate the non-deterministic dynamic structural response of a real reinforced concrete building, considering the soil-structure interaction effect, using the pressure coefficients obtained through different methodologies such as numerical simulations using Computational Fluid Dynamics (CFD), international databases, and the recommendations of the Brazilian standard NBR 6123.

Resumo A construção de edifícios altos tem se mostrado uma tendência construtiva ao redor do mundo, e vibrações excessivas oriundas das ações do vento tem se tornado cada vez mais frequentes. A norma brasileira de projeto NBR 6123 recomenda que a transferência das ações de vento utilizadas para análise estrutural seja realizada com base nos coeficientes de pressão ao longo das fachadas do edifício, para análises estáticas, e considera o seu comportamento dinâmico não determinístico através de um método de modelagem estocástica do campo de velocidade do vento. Objetivando apresentar uma abordagem alternativa para esta metodologia, este estudo tem como objetivo investigar a resposta estrutural dinâmica não determinística de um edifício real de concreto armado, considerando o efeito da interação solo-estrutura, utilizando coeficientes de pressão obtidos por intermédio de metodologias distintas, tais como: simulações numéricas utilizando CFD (Computational Fluid Dynamics), bases de dados internacionais, e utilizando as recomendações da norma brasileira NBR 6123.

Abstract Reinforced concrete structures must be designed in a manner that assures an acceptable level of safety and performance. However, accidents still occur nowadays causing interdiction, financial losses, or even human casualties. Therefore, succinct studies are required to give answers to such an undesirable situation, helping to prevent repetition and enlightening new design and construction methods. This paper analyzes the failure mechanism in a large reinforced concrete panel composed of one L-shaped cantilevered wall and structural walls in Campinas. The investigation was carried out using in-situ destructive and non-destructive tests and also through numerical simulation. In-situ tests revealed that the region where the fracture happened had no sufficient resisting steel area. The fracture line developed through the end of the wall’s horizontal rebars anchored within the column. It was concluded that the reinforced concrete panel failure happened due to structure misconception and incorrect design, once columns stirrups were responsible for the equilibrium of the cantilevered part of the building, as demonstrated by the nonlinear finite element study and in-situ investigations.

Resumo Estruturas de concreto armado devem ser projetadas de maneira a garantir um nível aceitável de segurança e desempenho. Porém, acidentes ainda são observados atualmente causando interdições, perdas financeiras, e até mesmo humanas. Portanto, estudos aprofundados são necessários para responder a essas situações indesejáveis, prevenindo sua repetição e desenvolvendo novas formas de dimensionamento e construção. O presente trabalho analisa o mecanismo de falha observado em um extenso painel de concreto armado composto por uma parede em balanço apoiada em um pilar parede, localizados na cidade de Campinas. As investigações foram realizadas in loco utilizando testes destrutíveis e não destrutíveis e também via simulações numéricas. Os testes in loco revelaram que a região onde ocorreu a ruptura localizada não possuía quantidade suficiente de armadura metálica. A linha de fratura se desenvolveu no término das armaduras horizontais da parede. Concluiu-se que a falha do painel ocorreu devido a erros de concepção e dimensionamento, dado que os estribos do pilar-parede foram responsáveis pelo equilíbrio da parte em balanço da edificação, como ficou demonstrado pelo estudo utilizando análise não linear via Elementos Finitos e pelas investigações in-loco.

Abstract This manuscript presents a method to produce sand-polymer bricks motivated by the need to reuse plastic waste and to reduce the embodied energy and carbon footprint associated with manufacturing. The method is designed to be simple: it involves a custom-built apparatus that simultaneously mixes and heats dry sand and recycled polypropylene granules, until the latter melt. The hot mixture is then compressed in a mold until the polymer rehardens, thereby producing a bonded brick upon extrusion. Bricks with 10% and 20% polymer content (i.e., by mass, PCg), were prepared with either a fine sand or a coarse sand. The voids of the PCg = 10% bricks were approximately halfway filled with hardened polymer, whereas the voids of the PCg = 20% bricks were nearly entirely filled. Bricks with PCg = 20% were found to be potential candidates for replacement of fired clay bricks, as these exhibited infiltration levels well below specification thresholds for fired clay bricks and strengths comparable to those reported for fired clay bricks. Furthermore, the embodied energy associated with sand-polymer bricks was calculated to be around a third of that required for fired clay bricks. In addition, the manufacture of sand-polymer bricks requires minutes, whereas that of fired clay bricks requires hours. The results gathered suggest that bricks produced by the proposed method have potential for replacement of fired clay bricks in applications wherein replacement is favorable.

Resumo Este manuscrito apresenta um método para produzir tijolos areia-polímero motivado pela necessidade de reutilizar resíduos plásticos e reduzir a energia incorporada e a pegada de carbono associada à fabricação. O método foi pensado para ser simples: envolve um aparelho customizado que mistura e aquece simultaneamente areia seca e polipropileno granular reciclado, até que estes derretam. A mistura quente é então comprimida num molde até que o polímero endureça novamente, produzindo assim um tijolo conformado após extrusão. Tijolos com teor de polímero de 10% e 20% (isto é, em massa, PCg), foram preparados com areia fina ou areia grossa. Os vazios dos tijolos PCg = 10% foram preenchidos aproximadamente até a metade com polímero endurecido, enquanto os vazios dos tijolos PCg = 20% foram quase totalmente preenchidos. Descobriu-se que os tijolos com PCg = 20% são candidatos potenciais para a substituição dos tijolos de barro cozidos, uma vez que apresentavam níveis de infiltração bem abaixo dos limites de especificação para tijolos de barro cozidos e resistências comparáveis às relatadas para tijolos de barro cozidos. Além disso, a energia incorporada associada aos tijolos areia-polímero foi calculada em cerca de um terço daquela necessária para os tijolos de argila cozidos. Além disso, a fabricação de tijolos areia-polímero leva minutos, enquanto a de tijolos de argila cozida leva horas. Os resultados obtidos sugerem que os tijolos produzidos pelo método proposto têm potencial para substituir os tijolos de barro cozido em aplicações onde a substituição é favorável.