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This paper shows a theoretical model for reinforced concrete beams subjected to torsion and strengthened with composite of carbon fibers (CFRP). It is based on researches of Michael Collins and collaborators and approaches the theory of diagonal compressive field. This model was inserted in a mathematic software, due to the need of interactions to obtain the torsion and torsion angles. The validation of theoretical values was realized through the results of tests obtained from the literature and it was understood that the model is valid and conservative for the ultimate torsion in most of the studies carried out. However, the beams that had the geometric ratios width and height b/h

In this work, the results of an experimental program intending to investigate the flexural characteristics of reinforced steel-fiber concrete beams (S/SFRC) are reported and discussed. Hooked end steel fibers with aspect ratios of 45 or 80 were used to produce matrices with fiber content ranging from 0 to 2%, in volume, and high compressive strength . A full mechanical characterization was carried, including the post-peak properties for concrete matrix in tension. Beams with reinforcing ratios of 0.28, 0.44 and 0.70% were analyzed using digital image correlation (DIC) to monitor displacement field and cracking distribution throughout the constant moment region during loading. Data reported included load-deflection and moment-curvature curves, evolution of compressive strains in concrete and neutral axis depth , spacing and openings of cracks and failure modes. Tests revealed gains of capacity ranging from 21 to 109% of R/SFRC with respect to plain RC beams and significant reductions in crack openings for a given rebar stress. R/SFRC beams exhibited sufficient plastic rotation capacity, but with a reduction in plastic hinge length as a consequence of the phenomenon of crack localization . Comparisons with current code provisions show that these are adequate for the design but residual stresses obtained from direct tensile tests are more appropriate.

CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO Este estudo teórico-experimental analisa o comportamento até a ruptura de vigas de concreto armado reforçadas externamente à torção com compósitos de fibras de carbono (CFC). No programa experimental, sete vigas de concreto armado, com seção transversal de 20 cm x 40 cm e 420 cm de comprimento, com mesma armadura de aço longitudinal e transversal e concreto com mesma resistência à compressão, foram ensaiadas até a ruptura. As vigas testadas foram divididas em três séries, sendo uma viga de referência sem reforço, três vigas com reforço transversal externo e três vigas com reforço externo transversal e longitudinal. Para a realização dos ensaios foi montada uma estrutura auxiliar de aço capaz de transferir às vigas a solicitação de torção pura. No estudo teórico foram desenvolvidas duas formulações. A primeira formulação, baseada no modelo da treliça espacial generalizada com abrandamento de tensões, apresenta uma sistemática para traçado da curva momento torçor x ângulo de torção por unidade de comprimento de vigas de concreto armado reforçadas à torção. A segunda formulação, fundamentada no modelo da Analogia da Treliça Espacial de acordo com a filosofia de dimensionamento do Eurocode 2, apresenta uma sistemática para dimensionamento de reforço com CFC . As duas metodologias adotam um modelo para determinação da aderência entre o substrato de concreto e o reforço. A inclusão da aderência nos modelos desenvolvidos é de grande importância porque em geral a ruptura do elemento estrutural ocorre devido ao descolamento do CFC. Os resultados experimentais obtidos nos testes das vigas foram utilizados para validar as duas formulações teóricas desenvolvidas. Os resultados experimentais apresentaram boa aproximação quando comparados com os modelos propostos. Verificou-se que todas as vigas reforçadas apresentaram um acréscimo de resistência à torção em torno de 40% em relação à viga de referência. Verificou-se que, após a fissuração, as vigas reforçadas apresentaram perda de rigidez inferior à da viga de referência. Observou-se que o ângulo da fissura medido experimentalmente, o ângulo de inclinação calculado pelo estado de deformação e o ângulo de inclinação calculado pelo estado de tensão da viga apresentaram valores próximos para cada viga. A theoretical-experimental research on the torsional behavior up to failure of reinforced concrete beams strengthened with external carbon fiber composites (CFC) was carried out. The experimental study comprises a series of seven reinforced concrete beams with the same compressive strength of concrete loaded to failure and subjected to torsion. The beams dimensions were 20 cm x 40 cm x 420 cm. The test specimens had the same internal steel reinforcement. The beams were divided in three series: the reference beam without strengthening; three beams with the external strengthening applied transversally and three beams with the external strengthening applied transversally and longitudinally. For the accomplishment of the tests an auxiliary steel structure was mounted, capable to transfer to the beams the pure torsion moment. In the theoretical study two analytical procedures were developed. The first formulation, based on the softened space truss model for torsion, presents a systematic to obtain the curve torsion moment x torsion angle per length unit of the reinforced concrete beams with CFC torsion strengthening. The second systematic, based on the Space Truss Model in accordance with the Eurocode 2, presents the design of the CFC strengthening. Both methodologies adopt the Chen and Teng bond model between concrete and CFC. The consideration of the bond in the developed models is very important because the failure of the concrete members often occurs from debonding of the CFC. The experimental results from the beams tests were used to validate the two analytical procedures. Good agreement was obtained with the experimental and analytical results. For all the strengthened beams the average values of torsion strength were increased by 40% when compared to the reference beam. After cracking, the loss of rigidity in the strengthened beams was lower then in the reference beam. The cracking angle experimentally measured and the strut angles evaluated by strain state and stress state presented close values.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA Esta pesquisa tem por objetivo a análise experimental do comportamento à flexão, a curto e longo prazo, de vigas de seção I de concreto reforçado com tecido de carbono (Textile Reinforced Concrete - TRC). Foram utilizados quatro tipos de tecido de carbono, sendo eles diferenciados pelas dimensões da malha e seção transversal dos cordões, assim como pelo revestimento do tecido. As amostras foram identificadas de acordo com o nome do revestimento, sendo eles de estireno butadieno (SBR) e SBR com impregnação de areia (SND), acrilato (ACR) e epóxi (EPX). Inicialmente, foram realizados ensaios de flexão em quatro pontos nas vigas, considerando o tecido SBR e as seguintes condições: (a) matriz cimentícia simples; (b) matriz simples e têxtil revestido de areia; e (c) matriz strain hardening cement‐based composite (SHCC). O principal objetivo foi correlacionar as melhorias nas propriedades da interface e da matriz com o padrão de fissuração, modo de falha e ductilidade. Foi utilizado um método teórico para avaliação do comportamento à flexão das vigas, que obteve boa concordância com os resultados experimentais. Na etapa seguinte, as propriedades mecânicas de diferentes tipos de TRC e sua interface foram estudadas através de ensaios de tração direta, arrancamento e compressão. A influência de diferentes configurações de ensaio e a eficácia dos parâmetros obtidos nestes ensaios foram verificados para a previsão do desempenho de vigas de TRC ensaiadas em flexão de forma monotônica. O estudo foi capaz de indicar os métodos de caracterização mais adequados para derivar propriedades mecânicas a serem utilizadas em métodos analíticos, assim como a influência dos diferentes parâmetros de ensaio na capacidade de carga do compósito. Finalmente, foi investigado o comportamento de longo duração das vigas de seção sob carregamento permanente de 4 kN. Um modelo analítico foi usado para analisar os resultados em termos de módulo efetivo do tecido, resistência à tração do concreto e tensão nominal de aderência. O modelo mostrou que o tecido SBR é fortemente afetado pela carga permanente. As vigas SND, ACR e EPX formaram novas fissuras durante os ensaios de fluência e a redução do módulo efetivo observada não foi acompanhada pelo aumento da abertura da fissura. Confirmou-se a grande influência da adesão entre tecido e matriz na capacidade de carga do compósito, a diminuição da resistência da matriz devido à incorporação do tecido, bem como a divergência das condições dos ensaios de caracterização do compósito. The present research aims to perform an experimental investigation on the short and long-term flexural behavior of I-section textile reinforced concrete (TRC) beams. Four types of carbon fabric were used, differentiated by the mesh dimensions and yarn cross-section, as well as by the fabric coating. The samples were identified according to the name of the coating, being styrene butadiene rubber (SBR) and SBR impregnated with sand (SND), acrylate (ACR) and epoxy (EPX) resin. Initially, four‐point bending tests were performed in I‐beams, considering SBR fabric and the following conditions: (a) plain cementitious matrix; (b) plain matrix and sand‐coated textile; and (c) strain hardening cement‐based composite (SHCC) matrix. The main goal was to correlate the improvements on interface and matrix properties with the crack pattern, failure mode and ductility. A theoretical method was used to evaluate the flexural behavior of the beams and good agreement was achieved with the experimental results. In the next step, the mechanical properties of different types of carbon-TRC and their interface were studied through direct tensile, pullout and compression tests. The influence of different test configurations and the effectiveness of the parameters obtained in these tests were verified for the performance prediction of TRC beams tested in bending in a monotonic way. The study was able to indicate the most suitable characterization methods to derive mechanical properties to be used in analytical methods, as well as to show the influence of different testing parameters on the load capacity of the composite. Finally, the long-term behavior of I-section beams reinforced with carbon fabric under sustained loading of 4 kN was investigated. An analytical model was used to analyze the results in terms of effective textile moduli, concrete tensile strength and the nominal bond stress. The model showed that SBR textile is strongly affected by sustained load. SND, ACR and EPX beams formed new cracks during creep and the reduction in effective modulus observed was not accompanied by increase in crack width. It was confirmed the great influence of adhesion between fabric and matrix on the load capacity of the composite, the decrease in matrix strength due to fabric incorporation, as well as the divergence of the conditions of composite characterization tests.

Este trabalho de natureza experimental tem como objetivo estudar o comportamento de vigas de concreto submetidas à torção e reforçadas externamente com compósitos de fibras de carbono (CFC). Treze vigas de concreto com 2,0 m de comprimento e seção transversal de 30 cm х 60 cm foram testadas no Laboratório de Estruturas e Materiais do Departamento de Engenharia Civil (LEM/DEC) da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). As vigas foram divididas em quatro séries, sendo uma de referência, composta por quatro vigas sem reforço externo, e outras três séries constituídas por três vigas que foram reforçadas externamente com taxas crescentes de estribos de CFC. Com o propósito de estudar a contribuição do concreto e do reforço de CFC na resistência à torção de vigas, a armadura interna só foi colocada na região de aplicação de cargas e nos apoios para evitar a ruptura local e possibilitar o estudo da região central sem a parcela resistente devida à armadura interna de aço. Os resultados dos ensaios mostraram que as vigas reforçadas apresentaram aumento de carga de fissuração entre 16 por cento e 56 por cento e um acréscimo de resistência à ruptura entre 19 por cento e 47 por cento quando comparadas às vigas de referência. A rigidez das vigas na ruptura aumentou proporcionalmente ao crescimento da taxa de reforço como observado em outros ensaios encontrados na literatura. This research is an experimental study of torsion strengthening of concrete beams with carbon fibers composites. Thirteen concrete beams with 2.0 long and 30 x 60 cm cross section were tested in the Structures and Materials Laboratory of the Civil Engineering Department (LEM/DEC) of Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio). The beams were divided in four series, the first one was called the reference series and consisted of four beams without external strengthening and each of the other three series was composed of three beams strengthened with increasing rates of external carbon fibers composites stirrups. In oder to allow the study of the central region without the contribution of the steel reinforcement, the internal steel reinforcement was placed only at points of loads application and supports to prevent the local rupture. The tests results showed that the strengthened beams had an increase of the cracking load between 16 per cent and 56 per cent, and an increase of the rupture load between 19 per cent and 47 per cent when compared to the reference beams. The ultimate resistance of the beams increased proportionally to the rate of external carbon fibers composites strengthening, as was observed by other researchers.

Nesta dissertação estuda-se o sistema construtivo em alvenaria estrutural na cidade do Rio de Janeiro face aos conceitos de construção sustentável. Avalia-se esse método construtivo em seus detalhes de execução, materiais utilizados e outros benefícios na obra como redução de resíduos e ganhos em prazo de construção. Também são analisados impactos qualitativos no produto e os aspectos sociais e culturais devido as limitações técnicas do sistema bem como as legislações que têm influência. Levando-se em consideração as necessidades atuais do mercado imobiliário na busca por processos sustentáveis, foram analisadas as principais certificações. Tem-se como principal conclusão que nem sempre o processo atenderá de forma completa as necessidades de determinado empreendimento em função de algumas limitações técnicas. Do ponto de vista da sustentabilidade, o processo apresenta qualidades devido à modulação do sistema que gera menos desperdícios, porém, pode limitar a concepção de um produto diversificado e mais confortável através de soluções diferenciadas de planta e fachada, por exemplo. Mesmo que as construtoras tenham tentado utilizar o sistema em padrões médios de empreendimento, com preços de venda que giram em torno de 7.000 a 8.000 reais por metro quadrado, a solução não teve boa aceitação tanto pelos construtores como pelos clientes, e nota-se que o mesmo é utilizado em larga escala para empreendimentos de padrões populares. In this thesis the use of structural masonry constructive system is investigated in light of the concepts of sustainable construction in the city of Rio de Janeiro. This study is based on the evolution and growing importance of the construction sector within Brazilian economy, and the current trend in the construction market in the search for processes that minimize impacts on the environment with rational use of natural resources. The earliest records of civil construction activity in the city of Rio de Janeiro date from the colonial period, at a time which those activities were unregulated. In 1810 King João VI established the engineering school. The period between the late nineteenth century and early twentieth century was a time of intense economic transformation with the decay of the coffee plantations and the beginning of the industrial development. In 1940 there was a breakthrough in civil construction in Brazil, when the sector was considered one of the most advanced of its time. In 1971 there was great progress in the sector of construction in Rio de Janeiro with the creation of BNH, Banco Nacional da Habitação, and the Law of the Real Estate Development (Lei das Incorporações). The 90s were marked by the improvement of the qualification of the workforce, resulting in better products. The 2000s were distinguished by the boom in housing construction in the west zone and the expansion of large construction companies landbanks. In 2008 the growth was toward the north zone, however, by the end of that year, with the peak of the global crisis known as Subprime, the sector started suffering from a poor performance cycle until in the first half of 2009. The government program called Minha Casa Minha Vida was launched providing a better environment, with the incentive to produce one million new housing units. By the second half of 2009 the construction market was fully recovered. Many companies created new brands or subsidiaries to focus their business in this new market niche, and the use of large-scale structural masonry was considered the most suitable technology to be used in this type of construction. In 2011, the sector continued to grow driven by the demand fostered by the Olympic Games and the approval of new urban zoning laws. In this study the major projects launched in the city of Rio de Janeiro between 2005 and 2012 were mapped as well as the number of constructions that adopted structural masonry during this period. Impacts of civil construction on the environment range from the generation of raw material to the end of the useful life of products built. As a consequence of the growth experienced by the civil construction sector and its great economic impact, principles of sustainability standards and certifications arouse aiming the achievement of sustainable development in the entire production chain. Over the years, several international events debated on sustainability. In 1713 Carl Von Carlowitz published the first treaty on sustainable use of forest resources. In 1976 the first world conference on housing and environment was held in Canada. The system in structural masonry is ancient and its use dates back to early human activity process. Around 4000 years before Christ structures were employed for varied purposes and materials were usually blocks of clay and stone. In the seventeenth century the system becomes a construction technology based on principles of static. Element resistance tests begun to be performed in the nineteenth and twentieth centuries. The projects were based on limited empirical calculation methods, resulting in very thick walls and slow production speed. In the 50 s there was a revival of interest in structural masonry driven by the shortage of building materials in Europe, such as steel. The use of structural masonry in Brazil began in the sixteenth century, during the colonial period; yet, the process was not rationalized. By the 70s, the structural masonry was considered engineering technology in Brazil and projects started to be based on scientifically validated principles. With this evolution, it became more efficient and an economical alternative, although still somewhat precarious. Structural masonry achieved its consolidation with official norms in the 80s. Ancient definitions considered that the buildings should be formed of natural or artificial stones linked together in a stable manner by the combination of joints and mortar (or only by one of the two), capable of resisting only to compressive stresses. Currently, buildings in structural masonry are formed by industrial blocks (ceramic or concrete) designed and sized by calculation procedures to support loads beyond their own weight and resist compression. They are linked together by the interposition of mortar and can contain rebar in concrete or mortar in horizontal and / or vertical plane. They are classified as armed, unarmed, partially armed or pre-stressed. The structural masonry consists of four main components. The units are the basic components that define the resistance characteristics. Units can be concrete, ceramic or sand-lime blocks, solid or hollow. The mortar is a mixture of sand, cement, lime and water responsible for laying and unifying the units. It transmits and uniforms the stresses throughout the blocks, seal out water and wind and even out small deformations. Rebars are steel bars surrounded by grout that make all components of the masonry work together. The grout is a very fluid micro concrete with aggregates and it is responsible for the union of blocks with rebars within its hollows. The rationalization of structural masonry brings results by improving productivity and quality, with consequent increased value added. It also incentives increase in productivity and cost reduction in the supply chain, while meeting construction standards. As a result, the final consumer can buy at a lower price. Modulation was already used by the Greeks, Romans and Japanese. It represented to them, respectively, aesthetic, functional and aesthetic and functional character. At present time, for the modulation process to be harmonized, it is needed to update the standard as to the sizing of the blocks. The incompatibility between the dimensions of the components of the building often results in large thicknesses dimensional settings and designs solutions that do not properly address these adjustments, which end up being performed impromptu in the work site. The advantages of modulation are: simplification in project design, standardization of building components, optimization of the dimensions with reduction of different shapes, less interface problems between components and subsystems, standardization of detail and dimensional accuracy, rationalization and simplification in the execution of the work due to ease of assembly, reduction of material breaks, thus avoiding losses in construction. The disadvantages are: the need to have standardized components without dimensional and qualitative variation in the market, and need for investment in preparation and training of manpower. The definition of the system to be used by the constructor occurs in the study phase. It is usually observed: the type and purpose of the project, the maximum number of floors, the ceiling heights between slabs, the size of compartments and wall allocation, the eventual need for sheltered parking and its mixed solution analysis, the size of balconies, the need for flexibility of plans, if penthouses should have swimming pool, the dimensioning of the common areas. In the cases where the product can fit in structural masonry guidelines, this has been the preferred construction system. The project in structural masonry should consider the coordination between the various project disciplines with the integration between the design teams. Schedule of the project design should be prepared with the correct interaction of reconciliations. The design should be standardized and simplify the solutions and should provide full details of projects to avoid doubts and execution errors during construction. Wall rebar can be done directly with interlocking blocks, requiring interposition between blocks of 50 per cent in intercepted wall. It also can be done by placing the rebar in mortar joints with 90 angle, as well as through folded steel bars, industrialized trusses or staples, steel decks or similar materials of proven resistance. Electrical installation must be standardized in the predefined rows heights. The hydraulic and gas installations must be apparent and not embedded in order not to interfere in modulations. The project modulated masonry must have solutions that minimize the need for adjustments or additional elements while helping reconcile the different project disciplines. This constructive method is examined regarding its execution details, increase in production and other benefits to the construction itself. Furthermore, qualitative impacts on the product and the social and cultural aspects due to the system s technical limitations and the applicable laws and regulations are analyzed. The main certifications like AQUA, LEED, PROCEL EDIFICA, CASA AZUL, SANTANDER OBRA SUSTENTÁVEL and QUALIVERDE were analyzed in view of the current necessity of the real estate market to seek for more sustainable construction processes. It was analyzed the positive and negative aspects, as well as possible limitations of structural masonry for obtaining the building approvals. Two recently launched projects in structural masonry were analyzed. Through case studies one can compare them to competing projects built in conventional reinforced concrete structure and it is possible to understand the main differences between the products. The projects were also evaluated for the possibility of obtaining green building certification. AQUA was chosen as the reference certification. It provided the features used in the comparative between the different systems. To meet all categories of the certification, some aspects of the project might need to be adjusted, such as layout, wall thickness and span dimension. The main conclusion is that structural masonry will not always completely fulfill the needs of various projects because of certain technical limitations. Taking sustainability into account, structural masonry has a number of benefits beginning with the modulation of the process which generates less waste. However, it can limit the design of more comfortable and sophisticated products, for example with differentiated solutions for layout and façades. Even considering that some companies have used structural masonry in the construction of buildings for the middle class, with selling prices around BRL 7,000 to BRL 8,000 per square meter, this solution was not well accepted either by the contractors or those clients, whereas it is largely used in lower class constructions.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA Há uma crescente demanda por soluções enxutas na indústria da construção. Para atingir esse objetivo, não apenas a solução final deve ser eficiente, mas também todo o processo deve ter sua eficiencia melhorada. A metodologia BIM associada à colaboração entre engenheiros e arquitetos no processo de projeto é vista como uma forma the gerar soluções mais eficientes e enxutas. Contudo, as pesquisas têm focado no desenvolvimento e no uso de softwares de modelagem 3D e pouca atenção tem sido dada a interação entre as equipes de projeto. Neste trabalho, um processo de projeto é proposto para facilitar a integração entre o projeto estrutural e o projeto arquitetônico nas fases iniciais do desenvolvimento do projeto. A filosofia proposta pode ser estendida para melhorar a integração entre o projetos de arquitetura e os projetos de outras áreas como instalações hidráulicas e elétrica. Para auxiliar na implementação do processo proposto, um plugin, chamado ConDA, foi desenvolvido para o software Autodesk Revit. A ferramenta desenvolvida permite que o arquiteto verifique de forma preliminar estruturas de concreto armado. Ao se utilizar o ConDA, essa verificação é antecipada dentro do processo de projeto, evitando a concepção the estruturas inviáveis e facilitando a comunicação entre engenheiros estruturais e arquitetos. O plugin foi testado por vinte e quatro arquitetos que avaliaram a sua usabilidade e seus benefícios em reduzir tempo e esforço gastos nos projetos arquitetônicos. As principais contribuições do aplicativo apontadas pelos entrevistados foram a melhoria na comunicação entre engenheiros estruturais e arquitetos, e a redução no número de revisões de projeto, o que consequentemente reduzem o tempo gasto no projeto. A partir dos comentários dos entrevistados também foi possível concluir que o plugin é uma ferramenta útil no ensino de projeto de arquitetura, ajudando o aluno a desenvolver suas habilidades estruturais. Os resultados do teste ratificaram a hipótese de que o processo de projeto auxiliado pelo ConDA tem sua qualidade e eficiência aumentadas. There is an increasing demand for lean solutions in the construction industry. To achieve this, not only the final solution must be efficient, but the whole process also needs to have its efficiency improved. The BIM methodology with the collaboration between engineers and architects in the design process is viewed as a way of generating more efficient and lean solutions. However, much of the research effort has focused in the development and usage of 3D modeling software packages rather than in the direction of integrating the design teams. In this work, a design process is proposed to facilitate the integration between the structural design and the architectural design at the early stages of the process. The proposed philosophy can be extended to enable better integration between the architectural design and other design areas, such as mechanical and electrical systems. To help the implementation of the proposed process a plugin, named ConDA, was developed for the Software Autodesk Revit. The developed tool allows the architect to perform preliminary verifications of reinforced concrete structures. The use of ConDA anticipates this verification to an earlier stage in the design process, which avoids the conception of unfeasible structures and facilitates the communication between architects and structural engineers. The plugin was tested by twenty-four architects. They evaluated its usability and the benefits in reducing the time and effort spent in the architectural design. ConDA s main contributions, according to the architects interviewed, is the improvement of the communication between architect and structural engineer, and the reduction of the number of design reviews and, consequently, the reduction of time spent during the design. The comments given by the interviewees also indicate that the plugin can be a useful tool in education by helping architectural students improve their structural design skills. The results of the test ratified the hypothesis that the ConDA assisted design process can increase the quality and efficiency of the architectural design process.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA Pontes rodoviárias são estruturas sujeitas à ação conjunta de fadiga e corrosão. Nesse sentido, este trabalho propõe um protótipo de sistema para auxiliar na tomada de decisão sobre a manutenção de pontes de viga de aço, no qual apenas pontes simplesmente apoiadas são consideradas. O sistema considera os efeitos da corrosão-fadiga e estima o tempo de vida útil dessas estruturas a partir de uma análise de confiabilidade estrutural. Tal análise é baseada nas curvas S-N para fadiga da norma americana AASHTO e na regra do acúmulo de dano de Miner. Para considerar a perda de material e a perda de resistência causadas pela corrosão, são realizados ajustes nos parâmetros de fadiga do modelo de confiabilidade utilizado. Além disso, algumas alternativas de manutenção que reduzem a taxa de degradação são consideradas no sistema com a correção dos parâmetros de corrosão do material. O sistema utiliza uma rede neural artificial para estimar as tensões nas vigas de aço com a passagem de um veículo de fadiga da AASHTO a partir de dados geométricos e de material da ponte. A base de dados utilizada para o desenvolvimento da rede neural foi criada a partir de resultados de simulações por elementos finitos. O ciclo de vida de uma ponte de aço projetada conforme a norma americana é simulado usando o sistema proposto. Através dessa simulação, conclui-se que o tempo de vida útil da mesma está relacionado com a combinação dos parâmetros de tráfego e da agressividade do ambiente. Conclui-se também que o aumento no volume de tráfego médio diário de caminhões (ADTT) pode causar uma redução de 48 por cento a 76 por cento na vida útil e dependendo do aumento na sua taxa de crescimento anual a redução pode ser de até 80 por cento. As alternativas de lavagem da superestrutura proporcionam ganho de vida útil para todos os ambientes, sobretudo no ambiente marinho (podendo chegar até 30 por cento). No entanto, em alguns dos cenários de tráfego testados nas simulações esse ganho não é suficiente para garantir o tempo de vida útil mínimo recomendado pela AASHTO. Highway bridges are structures subjected to the both action of fatigue and corrosion. In this sense, this research proposes the prototype of a system to assist in the maintenance decision making process of steel beam bridges, in which only simply supported steel girder bridges are considered. The system contemplates the effects of corrosion-fatigue and estimates the lifetime of these structures based on a structural reliability analysis. Such analysis is based on AASHTO S-N fatigue curves and Miner s damage accumulation rule. In order to account for material and resistance loss caused by corrosion, adjustments are made to the fatigue parameters of the reliability model used. In addition, some maintenance strategies that reduce the rate of corrosion are considered in the system by correcting the corrosion parameters of the material. The system uses an artificial neural network model to estimate the stresses in steel beams under the passage of an AASHTO fatigue vehicle using geometric and material data from the bridge. The database used for the development of the neural network was created from finite element simulations results. The life cycle of a steel bridge, designed according to the AASHTO American standard, is simulated using the proposed system. Through this simulation, it is concluded that the structure s lifetime is related to the combination of traffic parameters and the environment corrosivity. It is also observed that the increase in the average daily truck traffic (ADTT) can cause a reduction from 48 percent to 76 percent in the bridge s lifetime and depending on its annual growth increase rate the reduction can go up to 80 percent. Maintenance alternatives for the superstructure such as washing provide a lifetime gain for all environments, especially in the marine environment (up to 30 percent). However, in some of the tested traffic scenarios this gain is not sufficient to guarantee the minimum service life recommended by AASHTO.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA A utilização de barras de polímero reforçado por fibras de vidro (glass fiber reinforced polymer, GFRP, em inglês) como reforço de estruturas de concreto armado, vem ganhando popularidade principalmente devido à sua resistência à corrosão e resistência mecânica. Entretanto, seu baixo módulo de elasticidade pode acarretar em problemas na estrutura em serviço, como grandes aberturas de fissuras e deflexões quando comparado com concreto armado por barras de aço. No presente estudo, um programa experimental foi realizado com o objetivo de avaliar a influência da adição de 10 kg/m3 de fibras de polipropileno (PP) em elementos de concreto armado por barras de GFRP submetidos à tração direta e flexão. Caracterização mecânica e ensaios de arrancamento (pullout) foram realizados para avaliar as propriedades dos materiais constituintes e de sua interface, respectivamente. A formação e evolução das fissuras, bem como o efeito de enrijecimento à tração no material proposto, foram avaliados por meio de ensaios de tração direta em prismas de concreto armado. Ensaios de flexão em quatro pontos foram realizados para investigar o desenvolvimento da deflexão com o carregamento, o padrão de fissuração e o comportamento momento-curvatura dos espécimes. Correlação de imagem digital (digital image correlation, DIC, em inglês) foi utilizada para monitoramento de deformações, distâncias e aberturas de fissuras relevantes para a análise. Por fim, os resultados dos ensaios de flexão foram comparados com um modelo analítico. Uma redução considerável da abertura de fissuras e um melhor comportamento de múltipla fissuração foi observado para os espécimes com adição de fibras, além de um pequeno acréscimo de rigidez à flexão. Glass-fiber reinforced polymer (GFRP) bars have been more often used in reinforced concrete (RC) structures mainly due to superior corrosion resistance and mechanical strength. However, the low modulus of elasticity leads to serviceability issues such as wider crack openings and larger deflections when compared to conventional RC. To improve the performance and allow for a more effective use of GFRP reinforcement, the addition of randomly disperse short polypropylene fibers (PP) to the concrete matrix is proposed. In the present study, an experimental program intending to investigate the flexural and tensile behavior of concrete members reinforced with GFRP bars and 10 kg/m3 of PP is carried out. Mechanical characterization and pull-out tests were carried out respectively to characterize the materials and interface between GFRP bar and concrete. Crack formation and growth, and tension stiffening effect in the proposed construction material were investigated by tension tests in reinforced concrete prisms. Four points bending tests were performed to evaluate the mid-span deflection, crack opening and moment-curvature relationship of the specimen. Digital image correlation was used to gather information about relevant data. It was proposed an analytical model to compare the results obtained in bending tests. A considerable reduction in crack openings, a better multiple cracks behavior and a slightly stiffer behavior was obtained due to fiber addition.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA Esta dissertação tem como objetivo avaliar o comportamento estrutural de um sistema misto pré-fabricado através de um estudo teórico-experimental. O modelo estrutural é composto por dois perfis I laminados que são ligados através de conectores localizados na alma do perfil I e preenchidos por concreto armado. Foi realizado um estudo teórico baseado na análise linear elástica e formulações não lineares através do Método dos Elementos Finitos (MEF) com o uso do software ABAQUS avaliando o comportamento estrutural submetido à flexão no eixo não-múltiplo. Foi analisado o comportamento carga x deslocamento, bem como a carga última do sistema. Foi desenvolvido um programa experimental no Laboratório de Estruturas e Materiais da PUC-Rio, para avaliar o comportamento estrutural do sistema proposto, quando submetido à flexão, a fim de validar os resultados obtidos na análise numérica. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados obtidos computacionalmente e os teóricos calculados com base na norma ABNT NBR 8800:2008. Por fim, foram avaliadas as condições econômicas para implementação do sistema e analisada a eficiência estrutural visando um método construtivo industrializado. This study aims to evaluate the structural behavior of a pre-fabricated composite system by developing a theoretical and experimental study. The structural model consists of a rolled double I section connected by its webs and filled with reinforced concrete. A theoretical study, based on linear and nonlinear static analysis considering the Finite Element Method (FEM), was done using ABAQUS software. Based on this study, an experimental programme was developed at the Structure and Materials Laboratory of PUC-Rio, to evaluate the structural behavior of the proposed system submitted to a bending test, in order to validate the numerical results obtained in the numerical analysis. The experimental results were compared to the numerical results and the design recommendations of the Brazilian standards ABNT NBR 8800:2008. Finally, the economic conditions for the implementation of the system and its structural efficiency were evaluated, aiming to industrialization of construction.

No presente trabalho foi estudado o comportamento mecânico do concreto reforçado com fibras de aço na escala do material e estrutural. A caracterização da matriz foi realizada por meio de ensaios de compressão para diferentes idades. Foram realizados ensaios de flexão em três pontos, e ensaios de tração direta em corpos de prova no formato de dog bone, tanto para a matriz quanto para concretos reforçados com fibras de aço. As fibras eram providas de ganchos nas extremidades, com comprimentos de 30, 35 e 60 mm e diâmetros de 0,62, 0,55 e 0,75 mm, respectivamente. As frações volumétricas adotadas foram 0,25, 0,5 e 1,0 por cento. A adição de fibras promoveu aumento na tenacidade e na resistência residual do concreto tanto nos ensaios de flexão quanto tração direta. Ensaios de tração direta em tirantes de concreto armado foram conduzidos para a matriz e para concretos reforçados com 1,0 por cento das fibras de 35 e 60 mm de comprimento. Foi observado que a adição de fibras controlou a abertura de fissuras, aumentou a rigidez pós fissuração e a aderência barra-concreto. Na escala estrutural, ensaios de momento negativo no meio do vão foram conduzidos em dormentes de concreto protendido sem reforço e com 0,5 por cento de fibras de comprimento 35 e 60 mm. O momento de primeira fissura, momento último e a tenacidade foram incrementadas com a adição de fibras no dormente. Os resultados experimentais foram verificados por cálculo teórico. O incremento no momento último pela adição de fibras seguiu o mesmo padrão apresentado experimentalmente. This work presents an evaluation of the mechanical behavior of steel fiber reinforced concrete on a material and structural scale. The characterization of the matrix was performed by compression tests for different ages. Three-point bending tests and direct tensile tests on dog bone specimens were performed for the matrix and for concrete reinforced with steel fibers. The fibers had hooked-end geometry, were 30, 35 and 60 mm long and had diameters of 0.62, 0.55 and 0.75 mm, respectively. The volume fractions were 0.25, 0.5 and 1.0 per cent. The addition of fibers promoted an increase in toughness and residual strength of the concrete in both the flexural and direct tensile tests. Tension stiffening tests were conducted on the matrix and on concretes reinforced with 1.0 per cent of the 35 and 60 mm long fibers. It was observed that the addition of fibers controlled the crack opening, increased post-cracking stiffness and bar-concrete adhesion. In the structural scale, negative bending moment tests at mid span were conducted on reinforced concrete sleepers with 0.5 per cent of the 35 and 60 mm long fibers. The first crack strength, ultimate strength and toughness were increased with the addition of fibers on the sleeper. The experimental results were verified by theoretical calculations. The increment ratio of the ultimate moment by the fiber addition was the same for the theoretical and experimental analysis.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO Estruturas mistas de aço e concreto estão se tornando cada vez mais viáveis do ponto de vista de execução com custos mais competitivos. Graças às pesquisas e aos estudos desenvolvidos que visam aproveitar ao máximo as vantagens oferecidas pelos materiais concreto e aço, as estruturas mistas vêm sendo cada vez mais utilizadas na construção civil. Neste estudo são apresentadas as configurações estruturais dos pilares mistos e recomendações de projeto de normas vigentes. O objetivo dessa dissertação é avaliar o comportamento experimental de pilares mistos com perfis de aço de alta resistência submetidos a ensaios em escala real. Para tal avaliação, levou-se em consideração as características e propriedades dos materiais que compõem as peças: concreto, aço das armaduras e aço de alta resistência dos perfis U de chapa dobrada. Para atingir o objetivo deste trabalho, foram testados seis elementos mistos com seção transversal formada por dois perfis U de chapa dobrada e concreto armado, formando uma seção retangular. Inicialmente duas colunas foram submetidas à compressão centrada e duas vigas foram testadas à flexão. Posteriormente os dois pilares mistos foram ensaiados com excentricidade de 40 mm no carregamento. Os resultados experimentais foram, então, analisados e comparados com os resultados teóricos calculados com as recomendações da norma brasileira ABNT NBR 8800:2008 e do Eurocode 4, 2004. E os resultados experimentais foram em média coerentes com os teóricos calculados. Composite structures of steel and concrete are becoming increasingly feasible from the execution point of view, with more competitive costs. Thanks to the work and studies developed that aim to make the most of the advantages offered by both materials, they have been increasingly used in building construction. This study presents the structural configurations of the composite beam-columns and design recommendations using current codes. The objective of this dissertation is to evaluate the experimental behavior of composite beam-columns with high strength steel profiles tested in real scale specimens. For this analysis, the characteristics and properties of the materials that compose the structure were taken into consideration: concrete, reinforcing steel and high strength steel of the cold formed sections. To reach the aims of this work, six composite elements with cross section formed by two channel profiles of folded sheet and reinforced concrete were tested. Initially two columns were subjected to centered compression and two beams were subjected to flexural tests. Subsequently, the composite beam-columns were tested with a 40 mm eccentricity at loading. The experimental results were then analyzed and compared with the theoretical ones, which were calculated with the recommendations of the Brazilian standard ABNT NBR 8800:2008 and the Eurocode 4, 2004. The experimental results, obtained were consistent with the theoretical predictions.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE SUPORTE À PÓS-GRADUAÇÃO DE INSTS. DE ENSINO O objetivo do presente estudo consistiu na obtenção, caracterização mecânica e química das fibras de bucha vegetal (Luffa cylindrica) utilizadas, e o emprego das mesmas como possível reforço de compósitos cimentícios. Inicialmente, as fibras de bucha foram encaminhadas à prensa mecânica para perder o seu formato cilíndrico, propiciando uma moldagem mais facilitada, dos posteriores compósitos. A partir daí, foram submetidas a ensaio de tração direta, dividindo-se entre filamento e tecido, difração de raios-x (DRX), espectroscopia de infravermelho (IV), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise em microscópio digital, com posterior análise em software digital. A matriz foi dosada, respeitando uma substituição parcial de 50 porcento de cimento, por materiais pozolânicos, como 40 porcento de metacaulinita e 10 porcento de cinza volante, com o objetivo de diminuir a quantidade de Hidróxido de Cálcio (HC), produto oriundo da hidratação do cimento. Também foi utilizado superplasticante na confecção da pasta, para melhorar a fluidez e assegurar que toda a área do molde fosse preenchida, além de prover o encharcamento uniforme da fibra. A caracterização química matriz se deu através do ensaio de termogravimetria (TGA), o qual foi capaz de corroborar a baixa presença de HC, propiciando a incorporação de fibras vegetais nessa matriz. As propriedades mecânicas foram avaliadas a partir de ensaio de flow tabe, de resistência à compressão e à flexão. O composto com a matriz supracitada foi confeccionado com as fibras de bucha vegetal nas direções do carregamento e posteriormente encaminhados ao ensaio de flexão de três pontos. Para agregar valor à discussão, foi fabricado um compósito sanduíche com a fibra de sisal (Agave sisalana) em conjunto com a fibra de bucha. Os compósitos cimentícios reforçados por fibra de bucha, e o compósito sanduíche apresentaram valores de resistência 33 porcento maiores, em relação aos corpos de prova moldados apenas com a matriz (sem reforço). The objective of this study was to obtain, mechanical and chemical fibre characterization of Loofah (Luffa cylindrica) used, and the use of same as possible reinforcement of cementitious composites. Initially, Loofah fibres were forwarded to the mechanical press for losing your cylindrical format, providing a more facilitated, molding of composite posterior. From there, were subjected to direct tensile test, dividing her time between filament and fabric, x-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IV), scanning electron microscopy (SEM) and microscope analysis Digital, with further analysis in digital software. The array was dosed, respecting a partial substitution of 50 per cent cement, Pozzolanic materials, such as 40 per cent metacaulinite and 10 per cent fly ash, with the goal of reducing the amount of calcium hydroxide (CH), native of cement hydration product. Superplasticizer was also used in the making of the folder, to improve the fluidity and ensure that the entire area of the mold were filled equally, in addition to providing the drenching fiber uniform. Chemical characterization through array of Thermogravimetry (TGA), which was able to corroborate the low presence of CH, resulting in the incorporation of vegetable fibers in this array. The mechanical properties were evaluated from flow tabe test, compression and flexural strenght. The compound with the above-mentioned matrix was made with Loofah fibres in the directions of loading and subsequently forwarded to the three-point flexural test. To add value to the discussion, made a sandwich composite with sisal fiber (Agave sisalana) in conjunction with the Loofah fiber. The cementitious composites reinforced by loofah fiber, and sandwich composite presented values of maximum 33 per cent larger in relation to specimens only molded array (no reinforcement), although it is not an improvement as significant as found in other synthetic or natural fibers, already studied and some in use by industry.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA O concreto é conhecido por ter um bom desempenho quando exposto a altas temperaturas pelo fato de apresentar baixa condutividade térmica, ser incombustível e não exalar gases tóxicos. Entretanto, devido à sua composição heterogênea, o concreto sofre alterações físicas, químicas e mecânicas que podem comprometer sua integridade estrutural. Em estruturas de concreto armado, deve-se ter atenção especial aos pilares, cuja capacidade portante é reduzida significativamente em altas temperaturas e seu colapso, de natureza brusca, pode resultar na instabilidade global da estrutura. As reduções nas propriedades mecânicas dos materiais aliadas a lascamentos, fissuras e deformações excessivas podem comprometer seu desempenho, tornando-se necessária a verificação da segurança em situações de incêndio. Com o objetivo de analisar a resistência residual de colunas de concreto armado submetidas a altas temperaturas, foram realizados ensaios de compressão em corpos-de-prova cilíndricos de concreto simples de 5x10 cm submetidos a diferentes temperaturas (200, 400, 600, 800 e 1000 graus Celsius) e de concreto armado de 15x30 cm com diferentes configurações de estribos e submetidos a distintos tempos de exposição (30, 60, 90 e 120 minutos). Em ambos os ensaios, os corpos-de-prova foram resfriados em temperatura ambiente. Os resultados do programa experimental comprovam a perda de resistência à compressão e seus valores foram comparados a modelos numéricos e ao Método da Isoterma de 500 graus Celsius constante na ABNT NBR 15200 de 2004 e no EUROCODE 2. Concrete is well-known for exhibiting good performance when exposed to elevated temperatures because its low thermal conductivity coefficient, noncombustible properties and reduced emission of toxic gases. However, due to its heterogeneous composition, concrete undergoes physical, chemical and mechanical alterations that can compromise its structural integrity. In reinforced concrete structures, special attention should be paid to the columns, in bearing capacity is reduced significantly at elevated temperatures and their collapse, naturally brittle, may result in overall instability of structure. Reductions in the mechanical properties of the steel and concrete combined with spalling, cracking and excessive deformation compromise its performance, making it necessary to verify the safety in fire situations. In order to analyze the residual strength of reinforced concrete columns submitted to elevated temperatures, compression tests were carried out on plain concrete cylindrical specimens of 5x10 cm exposed to different temperatures (200, 400, 600, 800 and 1000 degrees Celsius) and on reinforced concrete of 15x30 cm considering different stirrups configuration and exposure times (30, 60, 90 and 120 minutes). In both tests, the specimens were cooled to room temperature. The results of the experimental program demonstrate the loss of compression strength and their values were compared to those obtained numerical models and to the Isotherm Method of 500 degrees Celsius, recommended in ABNT NBR 15200 of 2004 and in EUROCODE 2.

Nos últimos anos, o considerável crescimento da demanda por outras fontes de energia justifica os investimentos realizados na construção de parques eólicos, pois a energia eólica tem se mostrado como a que traz o menor impacto ao meio ambiente. A energia eólica é gerada a partir da ação do vento, uma fonte de energia renovável, totalmente limpa e inesgotável. As torres eólicas são construídas em grandes parques com uma distância definida entre elas. Quanto mais altas são as torres eólicas, melhor é o desempenho delas, visto que temos o aproveitamento máximo do vento, sendo mais forte e menos turbulento em grandes alturas. Os materiais utilizados na fabricação das torres eólicas são basicamente o aço, o concreto armado e o concreto protendido. As torres na maioria dos casos, têm seção circular ou anular. No entanto, devemos atentar de maneira especial para a fundação da torre eólica, que deverá ser dimensionada e detalhada a fim de garantir a integridade da estrutura como um todo. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo apresentar os cálculos necessários para projetos preliminares e a verificação do dimensionamento da estrutura de fundação de geradores eólicos. Anteprojetos e projetos estruturais foram revisados e avaliados para a obtenção de um maior conhecimento sobre o funcionamento de tais elementos estruturais. Uma planilha foi criada a partir do programa Excel, na qual se efetuam os cálculos da respectiva fundação por meio de soluções analíticas. Para efeitos de comprovação da veracidade da planilha, alguns exemplos serão apresentados e calculados a partir da planilha criada, assim como verificados e comparados com a mesma através da modelagem da fundação em questão em programa de análise em elementos finitos. Aspectos de estabilidade e dinâmica de placas circulares também são discutidos. In recent years, considerable growth in demand for alternative energy sources justifies the investments made in the construction of wind farms, since wind energy appears to bring the least impact on the environment. Wind energy is generated from wind action, a source of renewable energy, totally clean and inexhaustible. Wind towers are built in huge parks with a defined distance between them. The higher the wind towers are, the better their performance, since we have the maximum use of the wind which is stronger and less turbulent at great heights. The materials used in the manufacture of wind towers are basically steel, reinforced concrete and prestressed concrete. The towers are usuallyin most cases, with circular or annular section. However, we should pay attention in a special way on the foundation of the wind tower, which should be designed and detailed to ensure the integrity of the structure as a whole. In this context, this dissertation aims to present the calculations required for the preliminary design or design verification of the foundation of wind turbines. Preliminary design and design evaluations were reviewed and evaluated to obtain a better understanding of the functioning of such structural elements. A spreadsheet was created using the Excel program, which performs the calculations of its foundation through analytical solutions. For the purpose of proving the accuracy of the worksheet results, some examples are presented and calculated from the created spreadsheet, and checked and compared to results obtained from an independent finite element analysis program. Stability and dynamics aspects of circular plates are also discussed.

Este trabalho tem como objetivo investigar a influência de temperaturas elevadas no comportamento à flexão de compósitos poliméricos reforçados com fibra de vidro fabricados pelo processo de pultrusão. São analisados quatro diferentes compósitos constituídos por matrizes de resinas poliéster isoftálica, éster vinílica ou fenólica, reforçados por fibras de vidro tipo E dispostas na forma de rovings, manta de filamentos contínuos e véus. Fundamentos teóricos associados aos comportamentos mecânico e físico de materiais compósitos poliméricos reforçados com fibra de vidro são apresentados e os resultados de um programa experimental que envolveu ensaios à flexão, antes e após exposição às temperaturas de até 320 graus Celsius, análises da degradação dos materiais através de ensaios de termogravimetria e ensaios à tração, são reportados e analisados. As análises das propriedades mecânicas envolveram: estudo do módulo de elasticidade, tensão de ruptura e deformação. Os resultados mostraram que, apesar da degradação aparente, as propriedades mecânicas apresentaram melhoras em temperaturas próximas de 200 graus Celsius e não apresentaram significativas alterações após exposições até 320 graus Celsius. Os compósitos de matriz éster vinílica apresentaram as maiores resistências e o compósito de matriz fenólica se mostrou menos resistente e com comportamento mais frágil. Por fim, amostras dos materiais foram analisadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV), antes e após a exposição à temperatura elevadas, com o objetivo de se verificar danos microestruturais em sua estrutura. This work aims to investigate the influence of high temperatures on the flexural behavior of pultruded glass fiber reinforced polymeric profiles made by the pultrusion process. Four different composites constituted by isophthalic polyester, ester vinilic or phenolic resins reinforced with E-glass fibers arranged in form of rovings, continuous filaments and veils are analyzed. Theories associated with the mechanical and physical behavior of glass fiber reinforced polymer composites are presented and the results of an experimental program involving bending tests, before and after exposure to temperatures up to 320 degrees Celsius, thermogravimetric material degradation analyzes and tensile tests, are reported and analyzed. The analysis of the mechanical properties involved: study of modulus of elasticity, tensile strength and strain. The results showed that, despite the apparent degradation, the mechanical properties showed improvements at temperatures close to 200 degrees Celsius and did not show significant changes after exposures up to 320 degrees Celsius. The composites of the vinyl ester matrix showed the highest strengths and the phenolic matrix composite showed lower resistant and fragile behavior. Finally, samples of the materials were analyzed in the scanning electron microscopy (SEM), before and after exposure to high temperatures, in order to verify microstructural damages in its structure.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO Na formulação e preparo de pastas cimentícias destinadas ao revestimento de poços de petróleo é imperativo que seja levado em conta o conjunto de condições associadas ao ambiente da prospecção. Esta tese tem por objetivo investigar a interação entre a halita e pastas cimentícias, no âmbito da exploração das reservas do pré-sal brasileiro, através da caracterização de propriedades químicas e mecânicas da pasta na presença de NaCl. A influência da temperatura, importante característica da camada em questão, também foi avaliada, a partir de duas condições de cura, a 23 graus Celsius e 60 graus Celsius. Sendo o sal artificial (para análises laboratoriais - PA) comumente empregado em substituição à halita na simulação dos efeitos da dissolução dos maciços salinos durante a cimentação, estes dois materiais foram utilizados comparativamente ao longo deste estudo. Os comportamentos observados em ensaios de compressão uniaxial foram similares, tendo sido demonstrado que, em baixas temperaturas, ocorrem ganho de resistência para adições salinas de até 10 porcento e perda de resistência para valores. Alterações nos mecanismos de hidratação e produtos formados são estudadas através de análises de difração de raios-x e termogravimetria. A partir destes testes, é possível a verificação da formação do Sal de Friedel, resultado da interação entre íons cloreto e fases aluminoferrosas do clínquer. Finalmente, é discutida a influência destas adições na reologia da pasta, ao se observar resultados divergentes para adições de sal PA e halita. When developing and designing cement pastes for oil well applications, proper attention should be given to the careful evaluation of the environment in which the prospection operations will take place. The work in hand presents an experimental investigation on the interaction between halite and cement pastes, meeting the continuous demand for research concerning the Brazilian pre-salt region. For this purpose, mechanical and chemical tests were carried out. Being a feature of major importance in pre salt activities, temperature effects were adressed through two different curing temperatures: 23 degrees Celsius and 60 degrees Celsius. Also, many authors use artificial salt as an alternative to halite when simulating the effects of salt rock dissolution. Therefore, both materials are used throughout the experimental program for comparison purposes. A similar unidirectional compressive behavior is noted for both materials. Gains in strength are noted at 23 degrees Celsius for both salts, to concentrations up to 10 percent by weight of water. On the other hand, higher concentrations or a higher curing temperature yield strength losses. Furthermore, hydration and microstructure changes are studied through x-ray diffraction and thermogravimetric analysis. Through these tests it is possible to detect the formation of Friedel s salt, as a result of the interaction between chloride ions and the aluminate and/or aluminoferrite phases of clinker. Finally, the influence of these additions on the rheology of the cement paste is discussed, as differences on the rheological behavior of these cement pastes are noted.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA Esta pesquisa apresenta um estudo experimental do comportamento de corpos de prova de concreto armado com fibras metálicas comprimidos diametralmente e os submetidos à tração direta. Foram analisados 72 corpos de prova no LEM-DEC da PUC-Rio, sendo 54 cilíndricos variando-se o diâmetro e o consumo de fibras para o ensaio de compressão diametral e 18 variando-se o consumo de fibras para o ensaio de tração direta. Os 54 corpos de prova foram divididos em três grupos de acordo com a resistência à compressão (20, 30 e 50 MPa), cada grupo com 18 corpos de prova com consumo de fibras (20 kg/metro cúbico, 40 kg/metro cúbico e 60 kg/metro cúbico) e diâmetros distintos (5 cm, 10 cm e 15 cm). Foram avaliados a resistência de tração, energia de deformação e efeito escala. Os resultados obtidos permitem analisar a influência do consumo de fibras e do diâmetro do corpo de prova. A resistência à tração varia linearmente com o consumo e o diâmetro do corpo de prova, verificando-se que a resistência do corpo de prova com diâmetro de 15 cm é 42 por cento menor que o de 5 cm. A energia de deformação não apresentou acréscimo significativo com o aumento do consumo de fibras de 40 kg/metro cúbico para 60 kg/metro cúbico. A análise do efeito escala mostra um decréscimo da resistência à tração com incremento da dimensão do corpo de prova, e os resultados se assemelham aos estudos realizados por Carpinteri (1995), mesmo com consumos de fibras distintos. Os 18 corpos de prova submetidos à tração direta têm a mesma dimensão, diferindo em resistência (20, 30 e 50 MPa) e consumo (20 kg/metro cúbico, 40 kg/metro cúbico e 60 kg/metro cúbico). Nesses foi avaliada a energia de deformação plástica e elástica. A região plástica não fica delineada para o consumo de 20 kg/metro cúbico apresentando um comportamento similar ao concreto convencional. This research presents an experimental study on the behavior of reinforced concrete specimens with steel fibers submitted to the splitting test and to direct tension. A total of 72 specimens were tested in the LEM-DEC PUC-Rio; 54 specimens with three different diameters and fiber consume for the diametral compression test and 18 with variations of fiber volume fraction for the direct tension test. The 54 specimens were divided into three groups according to their compressive strength (20, 30 and 50 MPa), each group having 18 specimens with variations of fiber volume fraction (20 kg / cubic meter, 40 kg / cubic meter and 60 kg / cubic meter and diameter (5 cm, 10 cm and 15 cm). The purpose was to investigate the tensile stress, the fracture energy and the size effect. The results allowed the analysis of the influence of the fibers and specimen diameter on each variable before mentioned. The tensile stress varies linearly with fiber volume fraction and diameter, and the resistance of the specimens with 15 cm in diameter is 42 per cent less than the resistance of the 5 cm specimen. The fracture energy was not increased significantly with the increase of fiber content from 40 kg fibers / cubic meter to 60 kg / cubic meter. The size effect analysis shows that tensile strength decreases as the diameter increases. These results are similar to those of studies conducted by Carpinteri (1995), even with different values of fiber consume. The 18 specimens submitted to direct tension had the same diameter, varying in resistance (20, 30 and 50 MPa) and fiber volume fraction (20 kg / cubic meter, 40 kg / cubic meter and 60 kg /cubic meter). Here the plastic and elastic deformations were evaluated. The plastic region is not clearly defined for the fiber fraction of 20 kg / cubic meter presenting a behavior similar to the conventional concrete.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA A disseminação de programas computacionais que implementam o Método dos Elementos Finitos (MEF) influenciou a forma como os projetos estruturais são executados. Em projetos de pontes, onde os métodos simplificados de cálculo foram por muitos anos as principais formas de análise, o MEF se tornou uma ferramenta importante no processo. Atualmente os métodos simplificados complementam a utilização do MEF de diversas formas, desde o pré-dimensionamento dos elementos estruturais e fornecendo uma estimativa dos esforços cortantes e momentos fletores a serem encontrados, reduzindo a possibilidade de erros durante o projeto. Nos Estados Unidos a AASHTO LRFD (2012) apresenta um método simplificado de distribuição transversal de solicitações em suas especificações normativas que exige apenas o cálculo de um fator de distribuição. O objetivo deste trabalho é avaliar se este método pode ser usado como uma alternativa racional para o dimensionamento de pontes no Brasil. Para isso, foi necessário entender a diferença entre as normas brasileiras e americanas, sugerir um modelo de cálculo baseado na norma americana e que atenda às recomendações normativas brasileiras e validar este modelo com análises por elementos finitos e outros métodos simplificados. Os modelos de elementos finitos utilizados foram validados por meio da comparação dos resultados de suas análises com os resultados de testes de cargas em pontes realizados por outros autores. O modelo de cálculo proposto obteve para todas as situações analisadas resultados seguros, se mostrando capaz de determinar a distribuição transversal das solicitações e o deslocamento máximo das longarinas de pontes de vão único com vigas de concreto. Em pontes com vigas metálicas o método também obteve resultados seguros nas análises das solicitações, porém assim como os outros métodos simplificados, não é capaz de determinar de maneira confiável os deslocamentos máximos sofridos. Conclui-se, portanto, que a metodologia proposta pode ser utilizada no dimensionamento de pontes de um único vão no Brasil, desde que considerados os limites de aplicabilidade especificados. The dissemination of softwares that implement the Finite Element Method (FEM) influences the way the structural projects are made. For bridge projects, where the simplified methods have been for many years the main type of analysis, the FEM has become an important tool in the process. Currently the simplified methods complement the use of FEM in different ways, in the pre-dimensioning of the structural elements and providing an estimate of the shear and bending moments, reducing the possibility of errors during the design process. In the United States, AASHTO LRFD (2012) provides a simplified method for transverse wheel load distribution into their regulatory specifications that requires only the calculation of a load distribution factor. The objective of this work is to evaluate if this method can be used as a rational alternative for the design of bridges in Brazil. For this purpose, it was necessary to understand the difference between Brazilian and American standards, suggest a calculation model based on the American standard that meets Brazilian regulation and validate this model with FEM analysis and other simplified methods. The finite element models were validated by the comparison of the results of its analysis with the results of actual load tests on bridges performed by other authors. Safe results are obtained for all analyzed cases when using the proposed calculation model, therefore it was able to determine the transverse wheel load distribution and the maximum displacement of the stringers of bridges with only one span and concrete beams. In bridges with steel beams, the method also obtained safe results in the analysis of transverse wheel load distribution, but just as the others simplified methods, it is not able to determine the maximum displacements with high reliability. It follows, therefore, that the proposed methodology can be used in the design of bridges with one span in Brazil, if the applicability limits are specified.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO As lajes nervuradas quando comparadas às lajes maciças apresentam redução do volume de concreto, não comprometem a eficiência da estrutura e permitem a construção de lajes mais econômicas e com maiores vãos. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento de três tipos de lajes nervuradas: a laje nervurada tradicional, a laje nervurada rotacionada e a laje nervurada tridirecional. Na primeira fase deste trabalho foi realizado um estudo comparativo de vários modelos usando diferentes tipos de elementos, a fim de determinar aquele que melhor representa o comportamento das lajes nervuradas. O modelo selecionado utiliza elementos de casca para representar a capa de concreto e elementos de viga para representar as nervuras, ambos com seis graus de liberdade por nó. Elementos de ligação rígida foram usados para conectar os elementos de casca e os de viga a fim de capturar a posição relativa entre a capa e as nervuras. Uma vez selecionado o modelo, foi desenvolvido um estudo dos sistemas bidirecional, rotacionado e tridirecional, no regime elástico-linear. Os resultados encontrados através do programa de elementos finitos Robot permitiram comparar os três tipos de lajes em termos dos deslocamentos obtidos no Estado Limite de Serviço, da quantidade de aço determinada através do dimensionamento no Estado Limite Último, e do volume de concreto. As lajes nervuradas tradicionais apresentaram um comportamento estrutural melhor, com lajes mais rígidas e mais econômicas sob o ponto de vista da quantidade de materiais utilizados. When compared to flat slabs, the waffle slabs reduce the volume of concrete, do not compromise the efficiency of the structure and also allow the construction of more economical slabs with longer spans. This study intends to investigate the behavior of three types of waffle slabs: a traditional waffle slab, a rotated ribbed slab and three-way slab. In the first part of this study, it was carried out a comparative analysis of various models using different types of finite element techniques in order to determine which one best represents the behavior of waffle slabs. The selected model uses shell elements to represent the concrete cover and beam elements to represent the ribs, both with six degrees of freedom per node. Rigid link elements were used to connect the shell elements and the beam elements in order to capture the relative position between the concrete cover and the ribs. Once the model was selected, a study of two-way, three-way and rotational systems were developed in the linear elastic regime. The results found using the finite element program Robot allowed the comparison between the three types of slabs in terms of, displacements obtained from the Service Limit State, amount of steel determined by designing in the Ultimate Limit State and volume of concrete. The traditional ribbed slabs had an overall better structural behavior, resulting in slabs that are more rigid and more economical from the point of view of the amount of materials used.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA No Brasil, o dimensionamento de estruturas de concreto armado segue as recomendações da norma brasileira NBR 6118-2003. A norma brasileira, usa a metodologia de dimensionamento semi-probabilístico que não quantifica a probabilidade de falha de um elemento estrutural. A análise de confiabilidade de estruturas é uma ferramenta que possibilita o cálculo da probabilidade de falha associada a um estado limite e também um dimensionamento para uma determinada probabilidade de falha denominada probabilidade de falha alvo. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia que possibilite o dimensionamento baseado em confiabilidade de seções de vigas de concreto armado sem e com reforço com compósitos de fibras de carbono. Na análise de confiabilidade desenvolvida foram consideradas como variáveis aleatórias o carregamento, as resistências do aço e do concreto, e a resistência à tração dos compósitos de fibras de carbono com propriedades estatísticas determinadas com base nos resultados dos ensaios realizados no laboratório de Estruturas e Materiais do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio (LEM-DEC). Exemplos de dimensionamento de seções de vigas de concreto armado submetidas à força cortante e à flexão foram realizados inicialmente por métodos semi-probabilísticos e depois utilizando a metodologia proposta baseada em confiabilidade. A análise dos resultados mostra a viabilidade de um projeto baseado em confiabilidade usando um índice de probabilidade de falha determinado para cada tipo de projeto aliando economia e segurança. In Brazil, the design of reinforced concrete structures follows the recommendations of Brazilian standard NBR 6118-2003. The Brazilian standard uses the methodology of semi-probabilistic design that does not quantify the probability of failure of a structural element. The reliability analysis of structures is a tool that allows the calculation of probability of failure associated with a limit state and also the design for a given probability of failure. This work aims to develop a methodology that enables the Reliability-based-design of concrete beams sections with and without strengthening with carbon fiber composites. In the reliability analysis were considered as random variables the loads, the compression concrete strenght, yield strenght, and tensile strength of carbon fiber composites with certain statistical properties based on the results of tests performed in the Structures and Materials laboratory at PUC-Rio (LEM-DEC). Examples of reinforced concrete beams strengthened with CFC were performed initially by semi-probabilistic methods and then using the proposed methodology based on reliability. The analysis shows the feasibility of a Reliability-baseddesign using a reliability index of failure probability determined for each type of project combining economy and safety.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional gráfico-interativa para a verificação de vigas de concreto protendido com pós-tração aderente ao estado limite de serviço, de acordo com a norma brasileira NBR 6118:2014. A ferramenta é uma extensão (addin) para o Autodesk Robot Structural Analysis Professional , que serve como plataforma de modelagem estrutural. A partir de dados fornecidos pelo usuário através de uma interface gráfica, o programa desenvolvido calcula todas as perdas de protensão que ocorrem ao longo da vida-útil da estrutura, assim como os carregamentos equivalentes à protensão durante este período. O trabalho apresenta os métodos de cálculo tradicionais das perdas imediatas e diferidas, obtidos da NBR 6118, e as modificações que tiveram que ser feitas para permitir um cálculo incremental. Exemplos de utilização do programa e dos cálculos necessários também são apresentados e comprovam, pelos bons resultados obtidos, o acerto na escolha da metodologia escolhida. Como resultado, a ferramenta apresenta duas saídas: uma planilha contendo os esforços e as tensões atuantes na viga ao longo de sua vida-útil e verificações destes valores em relação aos limites estabelecidos para o estado limite de serviço; e o modelo estrutural no Robot apresenta os carregamentos equivalentes da protensão. O usuário pode então adotar estes carregamentos em demais cálculos da estrutura, enquanto a planilha pode ser utilizada para verificar com facilidade se a protensão atende às condições de serviço. This work presents the development of an interactive graphics computational tool for the verification of prestressed concrete beams with posttensioned bonded tendons to the serviceability limit state stress check according to the Brazilian code NBR 6118:2014. The tool is an add-in for Autodesk Robot Structural Analysis Professionalr, which serves as a structural modeling platform. With data supplied by the user through a graphics user interface, the program here developed calculates all relevant prestress losses that occur throughout the structure s life-cycle, along with the prestressing s equivalent loads during this period. The traditional calculation methods, obtained in the NBR 6118, are presented along with the modifications which had to be implemented in order to allow for incremental loss calculations. Usage examples and the necessary calculations are presented and, through the results obtained, validate the adopted methodology. As results, the program presents two outputs: a spreadsheet containing the resultant forces and stresses and a check of these values with respect to the permissible stresses in the serviceability limit state; and the Robot model presents the prestress equivalent loads. The user may then use these loads in additional calculations. The spreadsheet may be used to easily check if the prestress is sufficient with respect to serviceability conditions.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE SUPORTE À PÓS-GRADUAÇÃO DE INSTS. DE ENSINO Este trabalho é uma pesquisa experimental realizada no Laboratório de Estruturas e Materiais da PUC–Rio, utilizando–se a técnica de aplicação do compósito de fibras de carbono (CFC) colados externamente em consoles curtos de concreto armado. Foram ensaiados seis consoles curtos, sendo: um de referência, três com reforço de CFC na horizontal e dois com reforço de CFC na diagonal. A resistência média do concreto aos 28 dias foi de 30 MPa. A seção transversal do pilar foi de 25 cm × 50 cm e a seção do transversal console foi de 25 cm × 37,5 cm. O diâmetro da armadura tracionada em laço era de 10 mm e o diâmetro da armadura de costura era de 6,3 mm. Os consoles foram instrumentados com extensômetros elétricos de resistência na armadura tracionada, no estribo, no concreto e no CFC. Os ensaios comprovaram um razoável desempenho dessa técnica de reforço. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados obtidos no modelo de Bielas e Tirantes e no modelo cinemático da Teoria da Plasticidade, visando a comparação das forças verticais últimas teóricas e experimentais. Foi avaliado o ângulo de inclinação das bielas e o fator de efetividade da deformação específica no reforço de CFC. This work is an experimental research of concrete short corbels wrapped with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) strips. Different strengthening configurations were used. Was carried out on six corbels strengthened by CFRP. One control specimen without CFRP, three corbels with horizontal CFRP strips and two corbels with diagonal CFRP strips. The concrete had a 28 day compressive strength of 30 MPa. The column cross-section dimensions were 25 cm x 50 cm and the corbel cross-section dimensions were 25 cm x 37,5 cm. The flexural reinforcement consisted of four deformed bars each of diameter 10 mm with four transverse bars of diameter 6,3 mm. The corbels were instrumented with strain gages in flexural reinforcement, stirrup, concrete surface and CFRP strips. The analytical models based on Strut-and-Tie model and in the kinematic model of the Theory of Plasticity, allows one to determine the bearing capacity of corbels. The experimental values are then compared with the analytical results, showing good agreement. The strut angle and the strengthening effectiveness were evaluated.