Search

Neste artigo, são desenvolvidos algoritmos baseados no método de Newton-Raphson associado às técnicas de Comprimento de Arco Linear, Comprimento de Arco Esférico e Comprimento de Arco Cilíndrico, com o objetivo de validar a equação proposta para o coeficiente de escala. As análises não lineares são efetuadas por meio do método Corrotacional dos Elementos Finitos considerando problemas de treliças espaciais com não linearidade geométrica, cujas trajetórias de equilíbrio apresentam pontos limites de força e deslocamento. Os resultados numéricos versam sobre o tempo de processamento, números totais de passos de carga e iterações acumuladas até a convergência para a solução, além do número médio de iterações por passo de carga. As técnicas de continuação são comparadas e os resultados evidenciam a eficácia do Comprimento de Arco Linear, decorrente da simplicidade da formulação e boa concordância com os resultados observados na literatura, além da não restrição quanto à aplicação em problemas de maior complexidade.

This paper aims to investigate the dispersion process of aqueous suspensions with crystalline nanocellulose (NCC) for the production of cementitious composites reinforced with crystalline microcellulose (MCC) and polypropylene fibers (FPP). Initially, aqueous solutions with nanocellulose with different levels of surfactant were characterized in terms of dispersion quality through dynamic light scattering, zeta potential and UV-Vis spectroscopy, aiming to determine the ideal surfactant content. Subsequently, the aqueous suspensions were added to the cement/sand mixture to prepare the composites. The properties in the fresh and hardened states were investigated for each addition level. The optimal content of Pluronic to disperse the nanocellulose was 40% in relation to its mass. The results showed a reduction in the workability of the samples. In terms of mechanical performance, the composites of recipe 1 (0.3% FPP, 0.5% MCC and 0.3% NCC) showed increases of around 17% in compressive resistance at 56 days, 18% in elasticity modulus and around 7% in tensile strength in flexion at 28 days., Este artigo tem por objetivo apresentar uma investigação do processo de dispersão de suspensões aquosas com nanocelulose cristalina (NCC) para fabricação de compósitos cimentícios reforçados com microcelulose cristalina (MCC) e fibras de polipropileno (FPP). Inicialmente foram caracterizadas as soluções aquosas com nanocelulose com diferentes teores de surfactante (Pluronic F-127) quanto à qualidade da dispersão, por meio do espalhamento dinâmico de luz, potencial zeta e espectroscopia UV-Vis, para determinar o teor ideal de surfactante. Em seguida, as suspensões aquosas foram adicionadas à mistura cimento-areia para preparação dos compósitos. As propriedades no estado fresco e endurecido foram investigadas em cada um dos teores de adição combinados. O teor ótimo de Pluronic para dispersar a nanocelulose foi de 40% em relação à massa dela. Verificou-se redução da trabalhabilidade nas amostras. Os compósitos do traço 1 (0,3% FPP, 0,5% MCC e 0,3% NCC), quanto ao desempenho mecânico, apresentaram incrementos em torno de 17% de resistência à compressão aos 56 dias e de 18% no módulo de elasticidade, e de aproximadamente 7% na resistência à tração na flexão aos 28 dias.

A escassez de água potável tem despertado expressiva preocupação em nível mundial. O surgimento de alternativas que visam à economia desse recurso natural, tão necessário para a sobrevivência humana, cresce progressivamente. Dentre as alternativas, pode ser citado o aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis, ou seja, imprópria para consumo humano. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo apresentar como pode ser composto um sistema de aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis em edificações. Para atingir tal objetivo, foi realizada uma pesquisa bibliográfica, na qual aborda sobre a captação das águas pluviais, seu tratamento, os tipos e dimensionamento de reservatórios, a manutenção de todo sistema e alguns exemplos práticos. Pode-se concluir que o aproveitamento de águas pluviais é uma opção com alto grau de viabilidade no âmbito econômico, social e ambiental, que constituem os três pilares da sustentabilidade.

This paper analyzes the behavior of columns under eccentric loading, with concrete compressive strength of around 80 MPa. The columns have cross section area of 15 x 30 cm at the test region, and an effective length of 174 cm. Six columns were tested. The main variables are the stirrup volumetric ratio and the longitudinal steel ratio. Articulation devices and load application devices were mounted in order to approach the proposed theoretical model as much as possible. The columns with smaller stirrup volumetric ratio showed a brittle mode of failure accompanied by the buckling of the longitudinal reinforcement. Differently, the columns with larger stirrup volumetric ratio presented ductile failure accompanied by concrete crushing on the most compressed side of the column. Theoretical models were used to obtain values of the maximum axial loads and ultimate flexural moment. The results were compared with the experimental ones obtained in the tests. Este trabalho analisa o comportamento de pilares feitos com concreto de alto desempenho, com resistência média à compressão de 80 MPa, submetidos à compressão excêntrica. Os pilares apresentam seção transversal retangular de 15 x 30 cm e comprimento livre de 174 cm. São analisados seis pilares, em que as variáveis são as taxas de armaduras transversais e longitudinais. Foram montados dispositivos de vinculações e sistema de transferências de forças, procurando aproximar as situações de ensaios às do modelo teórico pretendido. Os pilares com menores taxas de armadura transversal tiveram ruptura frágil com flambagem das barras das armaduras longitudinais. Os pilares com maiores taxas de armadura transversal apresentaram ruptura com ductilidade e esmagamento do concreto do lado mais comprimido. Utilizaram-se modelos teóricos para obter os valores estimados das forças últimas e momentos fletores últimos, e estes foram comparados com os encontrados experimentalmente.

Tese de doutoramento em Engenharia Têxtil, O betão é o material de construção mais utilizado, sendo amplamente aplicado na construção civil. Apesar de os materiais de base cimentícia apresentarem excelente resistência à compressão, possuem algumas limitações e problemas, como baixas resistência à tração e capacidade de deformação, bem como problemas de fissuração. As fibras de base celulósica, nomeadamente as fibras de sisal, podem ser utilizadas para minimizar estes problemas. As fibras de sisal possuem excelentes propriedades mecânicas, não toxicidade, baixo custo e apresentam alta disponibilidade, sendo o Brasil o seu principal produtor a nível mundial. No entanto, o grande problema a ser vencido é a questão da durabilidade das fibras naturais. Por outro lado, a utilização de nano/micro materiais para a fabricação de compósitos de alto desempenho tem vindo a gerar enorme interesse. A celulose microcristalina (MCC) possui excelentes propriedades mecânicas e elevada cristalinidade. No entanto, a adição direta da MCC ao compósito cimentício apresenta problemas de aglomeração. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento e caraterização de compósitos cimentícios reforçados à multiescala, com a adição de celulose microcristalina (MCC) e fibras de sisal, procurando um efeito sinergético, assumindo uma abordagem inovadora neste domínio, com o estudo do seu comportamento mecânico, da sua microestrutura e da durabilidade após envelhecimento em câmara climática. Para se atingir estes objetivos, primeiramente estudou-se a dispersão da MCC em água, com agitação magnética e ultrassonificação, e adição dos agentes dispersantes Pluronic e CTAB. Posteriormente, foram produzidos os compósitos cimentícios multiescala, avaliando-se a influência destas adições. A melhoria da dispersão da MCC foi atingida com as técnicas empregadas. Os compósitos multiescala apresentaram os maiores valores de resistência com a menor dosagem de MCC (0,1%). O compósito 0,1% MCC + 0,50% sisal + CTAB apresentou um incremento de 24,17% na resistência à compressão e de 18,2% à flexão, aos 28 dias. Verificou-se a melhoria da hidratação, em função da melhor dispersão da MCC, com a melhoria da microestrutura do compósito. A hidratação do cimento foi mais regular e efetiva, com a libertação gradativa da água absorvida pela MCC e pelo sisal. Verificou-se o comportamento de multifuncionalidade, com a MCC a atribuir maior rigidez ao compósito, e a atrasar o início da microfissuração, e o sisal a atuar como ponte nas macrofissuras, a prolongar o tempo de propagação das mesmas. A análise inicial da durabilidade revelou a manutenção das resistências e ainda a integridade parcial da fibra de sisal., Concret is the most used construction material, being widely applied in civil construction. Although the cement-based materials have excellent resistance to compression, they have some limitations and problems, such as low tensile strength and deformation capacity and cracking problems. Cellulosic-based fibers, namely sisal fibers, can be used to minimize these problems. Sisal fibers have excellent mechanical properties, non-toxicity, low cost and are highly available, with Brazil being its main world producer. However, the big problem to be overcome is the question of the durability of natural fibers. On the other hand, the use of nano/micro materials for the manufacture of high-performance composites is generating enormous interest. Microcrystalline cellulose (MCC) has excellent mechanical properties and high crystallinity. However, the direct application of MCC to the cementitious composite presents problems of agglomeration. Therefore, the present work has as main objective the development and characterization of cementitious composites reinforced to multiscale, with the addition of microcrystalline cellulose (MCC) and sisal fibers, looking for a synergistic effect, taking an innovative approach in this domain, with the study of mechanical behavior, microstructure and durability after aging in a climatic chamber. To achieve these objectives, the dispersion of MCC in water was first studied, with magnetic stirring and ultrasonication, and the addition of dispersing agents (Pluronic and CTAB). Subsequently, multiscale cement composites were produced, evaluating the influence of these additions. The improvement of MCC dispersion was achieved with the techniques employed. Multiscale composites showed the highest strength values with the lowest dosage of MCC (0.1%). The 0.1% MCC + 0.50% sisal + CTAB composite showed an increase of 24.17% in compressive strength and 18.2% in flexion at 28 days. There was an improvement in hydration, due to the better dispersion of MCC, with the improvement of the composite microstructure. Cement hydration was more regular and effective, with the gradual release of water absorbed by MCC and sisal. The multifunctionality behavior was verified, with the MCC attributing greater rigidity to the composite, and delaying the beginning of the micro cracking and the sisal to act as a bridge in the macrofissures, prolonging their propagation time. The initial analysis of durability revealed the maintenance of the resistances and the partial integrity of the sisal fiber., À Fundação Araucária (Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná), por meio da Chamada Pública CP20/2013, Programa de Doutorado em Engenharia Têxtil em Parceria com Instituição Estrangeira (UMinho/UEM/UTFPR). À Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Campus Apucarana. À Universidade Estadual de Maringá (UEM), Departamento de Engenharia Civil e Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PCV). À Universidade do Minho, Centro de Ciência e Tecnologia Têxtil (2C2T), Projeto UID/CTM/00264/2019 – financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia – FCT, Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior – MCTES. À Universidade da Beira Interior (UBI), Departamento de Engenharia Civil; e plataforma Fibrenamics.

Orientador: Prof. Dr. Luiz Mário de Matos Jorge Coorientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Paraíso Tese (doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2019 RESUMO: A utilização tecnicamente controlada da cinza do bagaço da cana-de-açúcar (CBC) como adição mineral em substituição à areia e ou como adição pozolânica em substituição parcial ao cimento Portland vem apresentando-se como uma excelente alternativa para obtenção de produtos verdes para a construção civil. Estas aplicações promovem, respectivamente, as reduções das extrações naturais da areia e do calcário, além da redução de CO2 na cadeia de produção do cimento. Nesta tese, foram assumidas duas hipóteses investigativas tendo como objetos de pesquisa as CBC's de cinco usinas do estado do Paraná, dos tipos pesado, leve e misto. Em um primeiro momento foram caracterizadas as propriedades físicas e químicas da CBC com o intuito de avaliar a existência de padrões entre elas. Objetivou-se, assim, direcionar as possíveis aplicações, em consonância com a primeira hipótese de investigação. Entre os principais métodos de ensaio desta fase, foram realizadas as análises de: massa específica e granulometria, espectrometria de fluorescência de raios X, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica com análise térmica diferencial e análise de fisissorção de N2. No final desta etapa foram realizadas avaliações do desempenho médio e/ou referencial de onze indicadores quantitativos e qualitativos elencados a partir dos principais resultados das investigações. Para isso, foram realizadas análises estatísticas do desvio relativo máximo (DRM) e do intervalo de confiança (IC) com nível de significância de 5% para os indicadores quantitativos. Já os indicadores qualitativos foram avaliados pelos padrões de repetição e por embasamento de referências de literaturas internacionais. No segundo momento, o plano experimental promoveu a verificação do potencial da atividade pozolânica das cinzas micronizadas por air jet mills, sem tratamento térmico para o desempenho de ações em prol da verificação da segunda hipótese. Para esta fase foram realizados ensaios pelo método físico de resistência à compressão descrito na norma ABNT NBR 5752 (2014) e pelo método químico de Chapelle Modificado para investigar a reatividade, orientado pela norma ABNT NBR 15895 (2010). No final foi apresentada a proposta de um método computacional para identificação de pozolanicidade em argamassas. Os resultados de caracterização confirmaram que existem padrões entre características das amostras das usinas, em 7 dos 11 indicadores. Com isso, destaca-se que os referidos padrões, possibilitam direcionamentos para aplicações da CBC como adição mineral, sem distinção do tipo coletado nas usinas. A amostra CBC2M, a única do tipo leve e com característica estrutural amorfa, apresentou resultados pozolânicos satisfatórios, com IDP28 de 120% e ICa(OH)2 de 607 miligramas de Ca(OH)2 fixado por gramas de material pozolânico. Portanto, a preparação por micronização por air jet mills é capaz de promover as condições necessárias para o desempenho pozolânico prospectado para amostras de cinza leve de característica amorfa. Realça-se que os primeiros resultados do modelo computacional apresentaram convergência com os indicadores normalizados. Sobretudo, destaca-se que as duas hipóteses são verdadeiras ABSTRACT: The technically controlled use of the sugarcane bagasse ash (SCBA) as a mineral addition in substitution for sand and or as a pozzolanic addition in partial replacement to Portland cement has been presented as an excellent alternative to obtain green products for civil construction. These applications promote, respectively, the reductions of the natural extraction of sand and limestone, as well as the reduction of CO2 in the cement production chain. In this thesis two investigative hypotheses were assumed, where the research objects were the SCBA's of five plants in the state of Paraná, of the types bottom, fly and mixed. At first, the physical and chemical properties of SCBA were characterized in order to evaluate the existence of patterns between them. The objective was to conduct the respective types of ashes to the possible applications in consonance with the first hypothesis of investigation. Therefore, the following analyses were performed: granulometric and specific mass analyses, X-ray fluorescence spectrometry, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis with differential thermal analysis and N2 physisorption analysis. At the end of this stage, evaluations of the average and or referential performance of eleven quantitative and qualitative indicators were carried out based on the main results of the investigations. For this purpose, statistical analyses of the maximum relative deviation and the confidence interval with a significance level of 5% were performed for the quantitative indicators. On the other hand, the qualitative indicators were evaluated by the repetition patterns and by reference bases of international literatures. After that, the experimental plan promoted the verification of the pozzolanic activity potential of the ashes micronized by air jet mills without thermal treatment for the performance of actions in favor of the verification of the second hypothesis. For this stage, tests were carried out by physical method of compressive strength as described in ABNT NBR 5752 (2014) and by Modified Chapelle chemical method to investigate the reactivity, guided by ABNT NBR 15895 (2010). In the end, a new proposal of a computational method for identification of pozzolanicity in mortars was presented. The characterization results confirmed that there are characteristics patterns among the samples of the plants, in 7 of the 11 indicators. It is noteworthy that these standards make possible to target SCBA applications as a mineral addition, regardless of the type collected at the plants. The SCBA2M sample, the only of fly ash type and with an amorphous structural characteristic, presented satisfactory pozzolanic results, with IDP28 of 120% and ICa(OH)2 of 607 milligrams of Ca(OH)2 fixed per grams of pozzolanic material. Therefore, the preparation by the micronization by air jet mills is able to promote the necessary conditions for the prospective pozzolanic performance for fly ash samples of amorphous characteristic. It is emphasized that the first results of the computational model presented convergence with the normalized indicators. Above all, both hypotheses are true

Orientador: Prof. Dr. Romel Dias Vanderlei Dissertação (mestrado em Engenharia Civil)--Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2018 Resumo: Na última revisão da norma brasileira ABNT NBR 6118:2014, foram introduzidos critérios de dimensionamento de estruturas utilizando concretos de alta resistência, o que traz a necessidade de se analisar e comparar diferentes elementos estruturais, estudando-se a influência de sua geometria e da resistência do material para possibilitar uma otimização do dimensionamento dos elementos que constituem as estruturas de concreto armado. A utilização de pilares-parede vem se tornando cada dia mais comum em grandes obras, principalmente na construção de edifícios altos e pontes, por proporcionar maior rigidez à estrutura como um todo. Neste contexto, este estudo avalia quais as vantagens ou desvantagens da utilização de concretos de resistências maiores em pilares-parede, através do dimensionamento de um modelo utilizando o método aproximado da norma para consideração dos efeitos localizados de segunda ordem. Os esforços deste modelo foram majorados para se avaliar a otimização do dimensionamento para edifícios mais altos. Sabe-se que ao aumentar a resistência do concreto, proporcionalmente a taxa de armadura é reduzida, porém o custo-benefício é uma variável que também deve ser levada em consideração, já que os concretos de alta resistência ainda possuem custos elevados. As dimensões do pilar-parede estudado não foram alteradas, pois apesar de analisado isoladamente, sabe-se que estes elementos são frequentemente utilizados para contribuir com a estabilidade global e trazer equilíbrio para a estrutura, o que seria descartado no caso da alteração da seção transversal. Observou-se que o dimensionamento utilizando concretos de alta resistência trouxe ganhos significativos para pilares-parede de edifícios com aproximadamente 30 pavimentos em diante, trazendo custos mais baixos que os concretos convencionais, além dos outros benefícios trazidos pela utilização deste material, como a qualidade e a durabilidade da estrutura Abstract: The last review of the Brazilian standard for reinforced concrete design ABNT NBR 6118:2014 includes criteria for application of high-strength concrete, reflecting on the need of analyzing and comparing different structural elements, while studying the influence of their geometry and the strength of the material on a possible optimization when dimensioning the elements that are part of the structural system. The use of shear wall has becoming more and more common in major construction projects, mainly on high-rise buildings and bridges, because of the increase on hardness of the entire building. In this scenario, the present study evaluates the advantages and disadvantages of the use of higher resistance concrete in shear walls, with the dimensioning of a model using the approximate method of the norm to consider second order localized effects. Forces of the model were also increased to evaluate the optimization of the design for taller buildings. It is known that when the strength of the concrete is increased, proportionally the reinforcement rate is reduced, but the cost-benefit is a variable that must also be considered, since the concrete of high strength still have high costs. The dimensions of the studied shear wall were not changed, because although it was analyzed separately, it is known that these elements are often used to contribute to the overall stability and bring balance to the structure, which would be discarded in case of cross-sectional area was not maintained. It could be observed that dimensioning shear wall using high-strength concrete brought significant gains for buildings of approximately 30 floors onwards, bringing lower costs than conventional concretes, in addition to the other benefits brought about the use of this material, such as quality and the durability of the structure

Orientador: Prof. Dr. Vladimir José Ferrari Dissertação (mestrado em Engenharia Civil)--Universidade Estadual de Maringá, 2017 Resumo: Para o controle do desempenho e durabilidade das estruturas existentes, faz-se necessário o controle da resistência à compressão do concreto, o método de maior confiabilidade é a extração e rompimento de testemunhos, porém o mesmo causa alguns danos às estruturas. Os métodos de ensaios não destrutivos (ENDs) permitem obter informações quanto às propriedades do concreto sem prejudicar as estruturas, porém para esses métodos obterem uma avaliação confiável são necessárias curvas de correlação representativas dos concretos utilizados. Nesse trabalho são abordados dois métodos não destrutivos, esclerometria e velocidade de propagação de onda ultrassônica, com o intuito da obtenção de curvas de correlação simples e múltiplas entre a resistência à compressão do concreto (fc) e as grandezas medidas através dos referidos ensaios, índice esclerométrico (IE) e velocidade de onda (V), respectivamente. Para tanto foram moldados corpos de prova cilíndricos de (150 x 300) mm com quatro tipos de concreto, coletados em diferentes obras da cidade de Maringá. Os corpos de prova foram submetidos aos ensaios, esclerométrico e de velocidade de propagação de onda ultrassônica, nas idades de 7, 14, 28, 56 e 91 dias, sendo na sequência levados a ruptura por compressão axial. Também foram moldados blocos com dimensões de (300 x 400 x 600) mm para cada tipo de concreto. Nesses blocos foram realizados ensaios esclerométricos e de velocidade de propagação de onda ultrassônica e na sequência extraídos testemunhos de concreto. Os testemunhos também foram submetidos aos ensaios nas idades de 7, 28 e 91 dias, sendo na sequência levados a ruptura por compressão axial. A correlação obtida, a partir dos testemunhos de concreto foi a que obteve melhores resultados, entre fc e IE a correlação foi forte (R²=0,92), para fc e V a correlação obteve uma dependência marcante (R²=0,58), porém para a correlação múltipla não houve melhora na correlação (R²=0,89), devido ao resultado encontrado nos ensaios de velocidade de onda ultrassônica. A pesquisa mostrou que o ensaio de esclerometria foi o que conduziu a melhor avaliação da resistência à compressão por meio de curvas de correlação obtidas através dos ensaios em testemunhos de concreto e a importância de se realizar as curvas para os diferentes tipos de concreto Abstract: In order to control the performance and durability of the existing structures, it is necessary to control the compressive strength of the concrete, the method of greater reability is the drilled and axial compression rupture of cores, but this causes some demage to these structures. Nondestructive test methods (NDT) provide information on concrete properties without demaging the structures, but for these methods to obtain a reliable evaluation, correlation curves representative of the concrete used are required. In this work, two non-destructive methods, sclerometry and ultrasonic wave transmission velocity are discussed, with the aim of obtaining simple and multiple correlation curves between the concrete compressive strength (fc) and the values measured through the related tests, sclerometric index (SI) and wave velocity (V), respectively. For this, cylindrical specimens (150 x 300) mm with four types of concrete, collected in diferente works of the city of Maringá were molded. The specimens were submitted to ultrassonic wave transmission velocity and sclerometric tests at the ages of 7, 14, 28, 56 and 91 days, and were then subjected to axial compression rupture. Blocks with dimensions of (300 x 400 x 600) mm were also molded for each type of concrete. In these blocks were carried out sclerometric tests and ultrassonic wave transmission velocity and in the sequence drilled concrete cores. The cores were also submitted to the tests at the age of 7, 28 and 91 days, and were then subjected to axial compression rupture. The correlation obtained from the concrete drilles cores was the one that obtained better results, between fc and IE the correlation was strong (R² = 0,92), for fc and V the correlation obtained a marked dependence (R² = 0,58), but for the multiple correlation there was no improvement in the correlation (R² = 0.89), due to the result found in the ultrasonic wave velocity assays. The research showed that the sclerometry test was the one that led to the best evaluation of the compressive strength by means of correlation curves obtained through the tests in concrete drilled cores and the importance of realizing the curves for the different types of concrete

Orientador: Prof. Dr. Romel Dias Vanderlei Coorientador: Prof. Dr. Wilson Wesley Wutzow Dissertação (mestrado em Engenharia Civil)--Universidade Estadual de Maringá, 2017 Resumo: Seguindo a constante evolução da tecnologia e dos métodos construtivos, os elementos estruturais buscam incessantemente por otimizações, visando maiores resistências com menores dimensões, aproveitando ao máximo os materiais empregados. O concreto de alta resistência vem sendo difundido e estudado ao longo dos anos no mundo todo, inclusive no Brasil. O reflexo disso é a atualização da norma que trata do assunto no país, a ABNT NBR 6118, que foi atualizada no ano de 2014 com os conceitos e cálculos diferenciados para os concretos de resistência do grupo II (resistências características à compressão de fck,28 dias 55 MPa até 90 MPa). Desta forma, o intuito do presente trabalho foi analisar a influência do uso de concreto de alta resistência em pilares no dimensionamento de um edifício de múltiplos pavimentos, utilizando a ferramenta computacional CAD/TQS versão 18. Foram feitas análises de deformabilidade horizontal, parâmetros de estabilidade, seções otimizadas, além de quantitativos e custos dos principais materiais empregados (concreto, aço e fôrmas). Os resultados obtidos foram satisfatórios, visto que, com o uso do concreto de alta resistência, foi possível reduzir em 32% a área total dos pilares, bem como reduzir os custos totais do edifício, conferindo maior durabilidade sem maiores custos e, principalmente, sem prejuízo à segurança estrutural, pois as variações dos parâmetros de estabilidade global foram da ordem de 2% para o parâmetro ?z e de 5% para o coeficiente a Abstract: Following the constant evolution in the technology and in building methods, structural elements always search for optimization, aiming at greater resistances in smaller dimensions, taking most advantage of the employed materials. High-strength concrete has enjoyed widespread usage and research around the world in recent years, as well as in Brazil. A result of that is the 2014 update of the Brazilian regulation on this topic, ABNT NBR 6118, which included different concepts and calculations for concrete resistances within group II (characteristic compressive strength of fck,28 dias 55 MPa to 90 MPa). Considering that, the aim of this paper was to analyze the influence of using high-strength concrete in columns during the dimensioning of a multistory building, making use of CAD/TQS version 18 computational tool. We analyzed horizontal deformation, stability parameters, optimal sections, as well as quantity take-off and cost estimation for the main materials to be employed (concrete, steel, formworks). The results were satisfactory, since the use of high-strength concrete made a possible reduction of 32% in total column area, as well as a reduction in total construction cost, granting more durability without more expenses and, mainly, without lowering structural safety, as variations in global stability were 2% for parameter ?z and 5% for a coefficient

Orientador: Prof. Dr. Alexandre Marconi de Souza da Costa Dissertação (mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual de Maringá, 2017 RESUMO: Este trabalho apresenta um estudo numérico e experimental das tensões térmicas no regime elástico de placas planas de compósito tipo sanduíche com núcleo de espuma de polietileno reciclado, com diferentes espessuras, instaladas em uma base de aço estrutural através de dois métodos de fixação: (1) parafuso e porca e (2) adesivo dupla face. A estrutura sanduiche é um tipo especial de compósito laminado composto por duas folhas de rosto fino e um núcleo grosso. Os compósitos analisados nesse trabalho possuem espessuras nominais de 3, 4 e 6 mm, com folhas de rosto de alumínio. As temperaturas não uniformes entre as folhas de rosto e o núcleo do compósito, somadas aos diferentes coeficientes de expansão linear, resultaram em expansão/contração não uniforme e, consequentemente, em tensões térmicas. Comparando as espessuras utilizadas, as estruturas com espessura nominal de 4 mm apresentou o melhor resultado, sendo destaque para o método de fixação com adesivo dupla face, que obteve o melhor desempenho dentre os dois métodos de fixação, pois distribui melhor as tensões geradas ao longo da fixação e não gerou deformações permanentes nos materiais. As tensões térmicas foram medidas por extensiometria e utilizadas na validação das tensões calculadas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) através do software ANSYS® Mechanical 14.5. A comparação das tensões obtidas numericamente com os resultados experimentais indicou uma boa concordância entre os resultados, independente da espessura utilizada ABSTRACT: This work presents an experimental and numerical thermal stress study of elastic field in a flat sandwich structure with recycled polyethylene foam core, with different thicknesses, bonded in a structural steel base through (1) double-sided adhesive tape and (2) fasteners. A sandwich structure is a special kind of laminated plate, consisting of two thin face sheets and one thick core. The sandwich structures analyzed in this work have 3, 4 and 6 mm nominal thicknesses, with aluminum face sheets. The non-uniform temperatures, added to the different linear expansion coefficient, resulted in non-uniform expansion and, consequently, in thermal stresses. The 4 mm nominal thickness bonded structure shown the best performance, because the stress generated along the fastening was better distributed and did not generate permanent deformations in the materials, allowing the application of computational model developed. The thermal stresses were measured by strain gauges and used in the validation of stress calculated by Finite Element Method (FEM) through ANSYS® Mechanical 14.5 software. The comparison of the numerical and experimental results indicated a good agreement between it, regardless of the thickness used 107 f. : il. (algumas color.).

Orientador: Prof. Dr. Romel Dias Vanderlei Dissertação (mestrado em Engenharia Civil)--Universidade Estadual de Maringá, 2016 Resumo: A prática da adição de fibras ao material cimentício iniciou-se na década de 60. Desde então, várias pesquisas foram desenvolvidas com o intuito de proporcionar melhorias no comportamento dos materiais cimentícios, e consequentemente, contribuir para as aplicações do material na construção civil. O cimento é considerado um material frágil, portanto, a adição de fibras proporciona ganhos em sua resistência à tração e controle de fissuração. Dito isto, a finalidade deste trabalho é apresentar um compósito cimentício de alto desempenho através da adição de fibras de polipropileno para dar ao material concreto ganho em ductilidade visando a produção de materiais no mercado nacional, tomando como referência as propriedades de ductilidade encontradas no Engineered Cementitious Composites (ECC). A base principal deste estudo é a produção de um compósito que apresente propriedades de alta ductilidade, a partir de materiais encontrados na região do Paraná. Para esta pesquisa, foram desenvolvidos 16 traços de um compósito cimentício com adição de sílica ativa e areia natural, incorporando fibras de polipropileno de alta tenacidade. Os traços foram ensaiados segundo critérios da norma europeia RILEM, buscando-se resultados que demonstrem a ductilidade do compósito cimentício. Dentre os compósitos estudados, o que continha 2% de fibra apresentou os melhores resultados em relação ao ganho em ductilidade. Também foram estudadas as dosagens de sílica ativa nos traços, a partir das quais pode-se concluir que a adição de fibra e sílica ativa produz grandes mudanças no comportamento do compósito, melhorando sua resistência à tração e ductilidade Abstract: The practice of adding fibers to the cementitious materials began in the decade of 60. Since then, various researches have been developed in order to provide improvements in the behavior of the cementitious materials and thereby contribute to the applications of the material in construction. The cement is considered a brittle material, therefore the addition of fibers provides gains to their resistance to traction and control cracking. That said, the purpose of this paper is to present a high performance cementitious composite by adding polypropylene fibers to give the gain of ductility to the concrete material aiming producing materials in the national market, with reference to ductility properties found in Engineered Cementitious Composites (ECC). The main base of this study is to produce a composite which present high ductility properties from materials found in the Parana. For this study, it were developed 16 traits of a cementitious composite with the addition of silica fume and natural sand, incorporating high tenacity polypropylene fibers. The traits were tested according to the criteria of the European standard RILEM, seeking results that demonstrate the ductility cementitious composite. Among the composites studied, which contained 2% fiber showed the best results in relation to the gain in ductility. Also the active silica levels were studied in traits, from which it can be concluded that the addition of fiber and active silica produces major changes in the composite behavior, improving its tensile strength and ductility

Orientador: Prof. Dr. Carlos Humberto Martins Dissertação (mestrado em Engenharia Civil)--Universidade Estadual de Maringá, 2016 Resumo: Este trabalho apresenta uma abordagem sobre a otimização de pontes em concreto compostas por múltiplas longarinas pré-moldadas e pós-tensionadas, seu objetivo consiste em minimizar o custo de construção do tabuleiro deste tipo de ponte levando em consideração o custo dos materiais, da fabricação e da montagem. Dessa forma, foram selecionadas como variáveis independentes da função o número de longarinas, a altura da seção da longarina, a altura da laje, o comprimento do enrijecimento do apoio da longarina e a resistência do concreto – incluindo o concreto de alta resistência. Vale lembrar que estas variáveis independentes possuem um conjunto finito de combinações e obedecem às limitações geométricas. A fim de encontrar a opção ótima, foi elaborado um algoritmo em MATLAB® responsável por realizar o dimensionamento de cada solução em particular. Após cada solução ter sido dimensionada, o algoritmo calcula o custo com base em preços pré-determinados para todas as combinações possíveis das variáveis independentes selecionadas. Destaca-se que todo esse processo pode gerar em torno de 65 mil combinações e leva aproximadamente 15 minutos para ser concluído, dependendo da largura do viaduto. Os resultados dos dimensionamentos calculados pelo software desenvolvido são comparados com resultados obtidos em um dimensionamento tradicional, apresentando resultados que podem ser considerados semelhantes. Para comprovar a sua eficácia foi realizada a otimização de um tabuleiro hipotético com vão de 35 m e largura de 16,2 m, que obteve um custo 16,42% mais barato que a opção original. Também foi realizado um estudo comparando a influência de cada variável no custo ótimo da estrutura. Por fim, o software desenvolvido está disponível para download no site http://www.pcv.uem.br/programas, podendo ser utilizado por outros engenheiros Abstract: This paper presents an approach to the optimization of bridges in concrete composed of multiple precast and post-tensioned I-girders. Its goal is to minimize the cost of building the deck of this type of bridge taking into account the cost of materials, manufacturing and assembly. Thus, there were selected as independent variables of the function the number of stringers, the height of the girder section, the height of the slab, the rigidity’s length of the stringer’s support and strength of the concrete - including high-performance concrete. It is worth remembering that these independent variables have a finite set of combinations and obey some geometric limitations. In order to find the optimum solution, it was developed an algorithm in MATLAB responsible for performing the dimensioning of each particular solution. After each solution had been dimensioned, the algorithm calculates cost based on predetermined rates, performing the scaling operation for all possible combinations of the independent variables selected. It is noteworthy that this process can generate around 65,000 combinations and takes approximately 15 minutes to be completed, depending on the span of the viaduct. The results calculated by the software were compared to results obtained in a traditional design, presenting an outcome that can be considered similar. In order to prove the software effectiveness in reducing expenses, it was conducted the optimization of a hypothetical deck with range from 35 m spam of 16.2 m, which obtained a 16.42% cheaper cost than the original option. It was also done a study comparing the influence of each variable in the structure optimum cost. Finally, the developed software is available for download at http://www.pcv.uem.br/programas and may be used by other engineers

Orientador: Prof. Dr. Carlos Humberto Martins Dissertação (mestrado em Engenharia Civil)--Universidade Estadual de Maringá, 2016 Resumo: Na análise dos efeitos globais de segunda ordem, a não-linearidade física (NLF) no concreto armado pode ser considerada de forma aproximada, definindo-se para o conjunto de cada elemento estrutural, uma rigidez média à flexão. No entanto, as pesquisas sobre este tema vêm sendo direcionadas aos edifícios altos, contextualizando as edificações de pequeno porte como meros "coadjuvantes" na análise da estabilidade global. Desta forma, o objetivo deste trabalho é determinar os valores de rigidez à flexão, de vigas e pilares, para edificações com menos de quatro pavimentos, considerando-se a NLF de forma aproximada na análise global. Os exemplos idealizados são referentes a edificações com 1, 2 e 3 pavimentos, os quais foram simulados através do software CAD/TQS e por meio de um modelo de análise baseado em um processo iterativo. Os resultados demonstraram que as variações na resistência característica do concreto, nas dimensões dos elementos estruturais e nas dimensões das plantas de forma são de considerável influência na determinação dos valores de rigidez das vigas e dos pilares, enquanto que, a variação na velocidade básica do vento é de pequena influência. Por fim, sugere-se uma proposta de valores de rigidez a serem adotados para vigas e pilares em edificações com 1, 2 e 3 pavimentos. Os valores sugeridos proporcionam uma avaliação mais precisa da NLF aproximada em estruturas de pequeno porte, contribuindo-se para a análise dos efeitos globais de segunda ordem de forma mais segura Abstract: In the analysis of global second-order effects, the physical non-linearity (NLF) in reinforced concrete can be considered in roughly, defining for the set of each structural element a mean flexural stiffness. However, researchs about this topic has been directed at tall buildings, contextualizing small buildings as mere "coadjuvants" in analysis the global stability. Thus, this paper objective is to determine the values of flexural stiffness, of beams and columns, for buildings with less than four floors, considering the NLF in roughly in global analysis. The idealized examples are relative to the buildings with 1, 2 and 3 floors, which were simulated through CAD/TQS software and using an analysis model based in an iterative process. The results showed that variations in the characteristic strength of concrete, dimensions of the structural elements and dimensions of the shape plants are great influence in the determination the stiffness values of the beams and columns, while the variation in the basic speed of wind is little influence. Finally, it is suggested a proposal of stiffness values to be adopted for beams and columns in buildings with 1, 2 e 3 floors. The suggested values provide an evaluation more accurate of the NLF in roughly in small buildings, contributing for the analysis more safely the global second-order effects

Orientador: Prof. Dr. Vladimir José Ferrari Dissertação (mestrado em Engenharia Civil)--Universidade Estadual de Maringá, 2016 Resumo: A utilização de fibras em concreto está cada vez mais empregada na construção civil, com muitos estudos e com diversas técnicas de emprego. As melhorias como a elevada resistência à tração, resistência a corrosão, baixo peso e principalmente o retardo e controle da fissuração, fazem da utilização de fibras em concreto uma alternativa cada vez mais aplicada e disseminada. O trabalho objetivou o desenvolvimento e a análise de um compósito cimentício hibrido para aplicação em reparos de estruturas, sendo que o estudo ocorreu pela introdução conjunta de fibras de aço e microfibras de vidro à matriz cimentícia. Com isso, e seguindo as literaturas sobre fibras, sabemos que as microfibras atuam diretamente na microfissuração que ocorre na fase pré-pico de carregamento, e que as fibras de aço, com um comprimento maior e com ganchos para ancoragem, atuam diretamente na fase pós-pico, isto é, após a fissuração da estrutura. A partir disso, considerou-se o desenvolvimento de um compósito híbrido, com microfibras de vidro e fibras de aço, a fim de que uma fibra complemente a outra e que o compósito desenvolvido possa atuar de forma sinérgica, retardando a microfissuração e aumentando sua capacidade de carga, e que após a atuação das microfibras, com as fissuras já abertas, a estrutura possa ainda suportar carga em função das fibras de aço. Foram realizados ensaios à flexão de três pontos em viga pré-entalhada com a finalidade de estudar o processo de transferência de tensões entre fibras, assim como analisar a incorporação de fibras de vidro ao compósito, material este, que possui poucas referencias na literatura atual no que tange o seu uso a questão estrutural. Ao final comprovou-se em parte a solução proposta, onde o uso controlado e em baixa quantidades de fibra de vidro aliadas com a fibra de aço, ocasionou um aumento da capacidade de carga do concreto, além de direcionar proposições promissoras para novos estudos com o emprego da fibra de vidro Abstract: The use of fibers in concrete is increasingly used in construction, with many studies and several employment techniques. Improvements as high tensile strength, corrosion resistance, low weight and especially the retardation and crack control, make the use of fiber in concrete an alternative more and more applied and spread. The study aimed to the development and analysis of a cementitious hybrid composite for use in structure repairs, and such composite studied the joint introduction of steel fibers and glass microfibers to the cementitious matrix. With that, and following the literature on fibers, we know that the microfibers act directly on the hairline cracks that occur in the pre-peak loading phase, and steel fibers with a greater length and with hooks for anchoring, act directly in the post stage -pico, i.e., after the cracking of the structure. From this was considered the development of a hybrid composite, with glass microfibres and steel fibers, so that a fiber complements the other and the composite developed can act synergistically, delaying microcracking and increases their ability to load, and then, after the performance of the microfibers, with the already open cracks, the structure can also withstand load, depending on the steel fibers. Bending tests were performed at three points in pre-notched beam in order to study the stress transfer process between fibers, so as to analyze the incorporation of glass fibers to the composite, taking into account that this material has few references in the literature, regarding to its structural use. Finally the proposed solution has been partially confirmed, where the controlled use and low glass fiber amounts combined with steel fiber caused an increase in carrying capacity of concrete, in addiction to targeting promising propositions for further studies with fiberglass employment

The use of cellular concrete in buildings has been increasing recently due to its advantages (low density, better thermal comfort, among others). Some norms already regulate its application for walls of one floor buildings, and normative projects, still under development, which will regulate its application with structural purposes for walls of multi-level buildings. However, there still is not a specific dosage method that relates the formulation with the compression strength for cellular concrete manufacture, moreover, there are many variables (additive dosage, generation process of air bubbles, diameter, density and volume of bubbles, use of coarse aggregates, etc.), which influence the production process that needs a better understanding. Therefore, this study had as objective to evaluate the obtaining and properties of different types of cellular concrete, with the application intensio for structural purposes in construction walls. Thus, three types of cellular concrete procedures were developed adopting dosage procedures and different materials and compositions. The first with foam generated by generators (CESP), using foaming agent chemical additive (AESP), without coarse aggregate. The second with chemical additives incorporating the air bubbles through the mechanical action of the mixer (CBAM), also without coarse aggregate. And the third with coarse aggregates (CBAMG), and incorporating additives of air bubbles. The properties were evaluated in the fresh state (density, consistency and incorporating air content) and in the hardened state (compression strength). Based on results, the production of CESP was found to be made difficult by the use of foam-generator, damaging their manufacture, despite in agreement with the normative requirements for construction applications. CBAM presented a lower variability in the manufacturing process providing a better performance. Finally, CBAMG presented an improvement in workability compared to the CBAM concrete. The highest compression strength of cellular concrete CESP, CBAM and CBAMG, at 28 days, were 6.5 MPa, 19.5 MPa and 23.5 MPa, respectively, this can be applied in walls with structural purposes. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Atualmente o uso de concreto celular em edificações vem crescendo devido as suas vantagens (baixa densidade, melhor conforto ambiental e outras). Algumas normas já regularizam sua aplicação em paredes para edificações térreas, e projetos de normas, ainda em elaboração, que irão regularizar sua aplicação com fins estruturais em paredes de edificações de vários pavimentos. Entretanto, para a obtenção de concretos celulares ainda não existem métodos de dosagens que relacionem sua formulação com a resistência à compressão, além disso, há muitas variáveis (dosagem de aditivo, processo de geração das bolhas de ar, diâmetro, densidade e volume das bolhas, uso de agregados graúdos, etc.) que influenciam no processo de produção necessitando de um melhor entendimento. Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo avaliar a obtenção e as propriedades de diferentes tipos de concretos celulares, com o intuito de aplicação para fins estruturais em paredes de edificações. Para isso, três tipos de concretos celulares foram desenvolvidos adotando diferentes procedimentos de dosagens, materiais e composições. O primeiro com formação de espumas geradas através de geradores (CESP), utilizando aditivo químico espumígeno (AESP), sem agregado graúdo. O segundo com aditivo químico incorporador de bolhas de ar através da ação mecânica do misturador (CBAM), também sem agregado graúdo. E o terceiro com agregados graúdos (CBAMG) e aditivos incorporadores de bolhas de ar. Foram avaliadas as propriedades no estado fresco (densidade, consistência e teor de ar incorporado) e no estado endurecido (resistência à compressão). Com base na análise dos resultados verificou-se que a produção do CESP foi dificultada pelo uso dos geradores de espuma, prejudicando sua obtenção, apesar de atender os requisitos normativos para aplicações em edificações. Já o CBAM apresentou menor variabilidade no processo de obtenção proporcionando um melhor desempenho. Quanto ao CBAMG este apresentou uma melhora na trabalhabilidade comparado aos concretos de referência CBAM. As maiores resistências à compressão dos concretos celulares CESP, CBAM e CBAMG, aos 28 dias, foram, 6,5 MPa, 19,5 MPa e 23,5 MPa, respectivamente, podendo estes serem aplicados em paredes com fins estruturais.

O trabalho trata de uma contribuição à modelagem numérica do comportamento mecânico de estruturas de concreto com fibras de aço utilizando modelos constitutivos baseados na Mecânica do Dano. O mesmo, apresenta a formulação de um modelo de Dano proposto que admite o concreto como material inicialmente isótropo e elástico, mas com a evolução do processo de danificação o material exibe deformações plásticas, anisotropia e bimodularidade induzidas pelo dano. A incorporação das fibras na modelagem é efetuada através de um procedimento de homogeneização. O modelo constitutivo para o concreto, assim como a técnica de homogeneização para tratar do caso do concreto com fibras são implementados em um programa para análise de estruturas de barras com elementos finitos estratificados em camadas. A identificação paramétrica do modelo constitutivo, juntamente com a proposta de homogeneização, é realizada utilizando resultados experimentais encontrados na literatura. Por fim, análises numéricas de vigas de concreto armado reforçado com fibras de aço e sujeitas à flexão são conduzidas no sentido de avaliar a aplicabilidade do modelo constitutivo tratado neste trabalho. Procura-se, assim, contribuir para o estudo da deformabilidade de vigas de concreto fibroso em serviço, com o intuito de agregar resultados e discussões numa futura proposta de norma técnica brasileira para este tipo de estrutura. The work is a contribution to the mechanical numerical modeling of concrete structures with steel fibers using constitutive models based on Damage Mechanics behavior. The same, presents the formulation of a model proposed Damage admits that the concrete as initially isotropic elastic material, but with the evolution of the damage process, the material exhibits plastic deformations, anisotropy and bimodularidad induced damage. The incorporation of fibers in the modeling is performed through a homogenization procedure. The constitutive model for the concrete as well as the homogenization technique for dealing with the case of fiber concrete are implemented on a structural analysis program bar finite element laminated in layers. The parametric identification of the constitutive model together with the proposed homogenization is carried out using experimental results from the literature. Finally, numerical analysis of reinforced concrete beams reinforced with steel fibers and subjected to bending are conducted to assess the applicability of the constitutive model considered in this work. An attempt is thus contribute to the study of the deformation of fibrous concrete beams in service, in order to aggregate results and discussions in a future proposal of Brazilian technical standard for this type of structure. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES