Resumo em Português:

Resumo No Brasil, o estudo sobre argamassa impressão em 3D ainda é incipiente, com pouco avanço em aplicações estruturais. Isto posto, este trabalho busca avaliar o impacto estrutural da direção de impressão em vigas de argamassa impressas em 3D, propondo uma comparação entre três tipologias de vigas: as impressas na direção longitudinal e transversal e as moldadas de maneira convencional. Todas as vigas foram armadas longitudinalmente e submetidas a ensaios de flexão. Como esperado, as vigas moldadas apresentaram resistência superior às vigas impressas com cordões longitudinais ao eixo da viga. Já as vigas impressas com cordões na direção transversal tiveram penalização expressiva na resistência, atribuída à menor adesão entre as camadas, o que criou caminhos preferenciais para a propagação de fissuras.

Resumo em Inglês:

Abstract In Brazil, research on 3D-printed mortar remains nascent, with limited progress in structural applications. In this context, the present study aims to evaluate the structural impact of the printing direction on 3D-printed mortar beams. The study compares three types of beams: those printed in the longitudinal direction, those printed in the transverse direction, and conventionally cast beams. All beams were longitudinally reinforced and subjected to flexural testing. As anticipated, the cast beams exhibited superior strength compared to the beams printed with layers oriented longitudinally along the beam's axis. Beams printed with layers in the transverse direction demonstrated a significant reduction in strength, attributed to weakened interlayer bonding, creating preferential crack propagation paths.

Resumo em Português:

Resumo Em estruturas híbridas é necessário utilizar ligações que permitam transferir esforços entre os elementos formados por diferentes materiais, de forma a permitir obter o comportamento estrutural desejado. Conectores de cisalhamento são uma das principais formas de conectar diferentes materiais, motivando a pesquisa e o desenvolvimento de diferentes tipologias de conectores. Este projeto teve sua origem numa demanda recente, no contexto da concepção das soluções de projeto para a estrutura do estádio ARENA-MRV, em Belo Horizonte, onde são utilizados conectores de cisalhamento tipo bloco (SBSC). A utilização deste tipo de conector em ligações viga-pilar não foi estudada em trabalhos anteriores, motivando assim o desenvolvimento deste trabalho. O objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar o comportamento estrutural de uma conexão mista de aço e concreto utilizando conectores do tipo bloco, por meio de ensaios pull-out, sendo apresentados os projetos e os resultados dos experimentos.

Resumo em Inglês:

Abstract Hybrid structures require efficient connections to transfer forces between elements composed of different materials, ensuring the desired structural performance. Among the available solutions, shear connectors play a crucial role in linking dissimilar materials, motivating ongoing research and the development of innovative connector types. This study focuses on steel block shear connectors (SBSC), inspired by a recent demand during the design of the ARENA-MRV stadium structure in Belo Horizonte. Notably, the application of SBSC in beam-to-column connections remains unexplored in the existing literature, prompting this investigation. The research aims to develop and evaluate the structural behavior of a steel-concrete composite connection using SBSC, based on pull-out tests. The paper presents the design and details of the experimental setup, as well as a comprehensive analysis of the test results.

Resumo em Português:

Resumo A pesquisa analisa a viabilidade do emprego do modelo de plasticidade do dano - modelo CDP - na modelagem de lajes de concreto armado submetidas à torção. Para tanto, foram desenvolvidos modelos de elementos finitos utilizando o software comercial Abaqus, que possui o modelo CDP implementado. Os modelos numéricos foram construídos para representar ensaios experimentais existentes. Um script Python também foi desenvolvido para automatizar a geração dos parâmetros de material necessários para o modelo CDP. O modelo de simulação criado capturou efetivamente a resposta global em termos da curva força x deslocamento do modelo sob investigação. Além disso, as deformações numéricas médias no plano médio da espessura do modelo foram muito semelhantes às experimentais nas direções x e y, com um erro de no máximo 10% para um determinado estágio de carregamento, no qual o modelo já apresentava fissuras. Dada a complexidade do comportamento de lajes de concreto armado sob torção pura, esse fato enfatiza a eficácia da simulação de elementos finitos do problema. Alternativamente, como as estratégias de regularização de energia aplicadas na formulação do modelo CDP levam a trajetórias de fissuras variáveis ​​dependendo da orientação da malha de elementos finitos, deve-se considerar cuidadosamente o tamanho e a orientação da malha. Isso é especialmente crucial quando detalhes precisos do perfil de fissuração e falha são necessários em análises estruturais complexas de concreto.

Resumo em Inglês:

Abstract The research analyzes the feasibility of employing the damage plasticity model - CDP model - in the modeling of reinforced concrete slabs subjected to torsion. To that goal, finite element models were developed using the commercial software Abaqus, which has the CDP model implemented. The numerical models were built to represent existing experimental tests. A Python script was also developed to automate the generation of material parameters required for the CDP model. The simulation model created effectively captured the global response in terms of the force x displacement curve of the model under investigation. Furthermore, the average numerical deformations in the middle plane of the model's thickness were very similar to the experimental ones in the x and y directions, with an error of no more than 10% for a given loading stage, in which the model already had cracks. Given the intricacy of the behavior of reinforced concrete slabs under pure torsion, this fact emphasizes the efficacy of finite element simulation of the problem. Alternatively, since the energy regularization strategies applied in the formulation of the CDP model lead to varying crack paths depending on the orientation of the finite element mesh, careful consideration should be given to mesh size and orientation. This is especially crucial when accurate details of the cracking and failure profile are required in complex concrete structural analyses.

Resumo em Português:

Resumo Os resíduos de cerâmica vermelha (RC) são originários da produção, utilização e demolição de materiais de construção cerâmicos. Em um esforço para mitigar o impacto ambiental dessas atividades, há uma necessidade crescente de estudos focados na reutilização desses materiais. Devido à sua composição rica em aluminossilicato, a cerâmica vermelha pode servir como precursor para produção de ligante geopolimérico. Portanto, o objetivo deste estudo é produzir geopolímeros utilizando metacaulim (MC) substituído progressivamente por resíduo de cerâmica vermelha. Cinco formulações foram desenvolvidas sob condições de cura ambiente, variando as concentrações dos precursores, e submetidas a ensaios de propriedades mecânicas, bem como análise microestrutural usando técnicas de DRX e FTIR. Os resultados demonstram a viabilidade do uso da cerâmica vermelha na produção de geopolímeros, mostrando propriedades mecânicas melhoradas em 28 dias quando a mistura contém até 30% de cerâmica vermelha e exibe uma razão Si/Al de 1,92. Além disso, o aumento da concentração de cerâmica vermelha pode estender o tempo de pega inicial em até 75 minutos e reduzir a fluidez do geopolímero em 27,85%.

Resumo em Inglês:

Abstract Red ceramic (RC) waste originates from the production, use, and demolition of ceramic construction materials. In an effort to mitigate the environmental impact of these activities, there is a growing need for studies focused on the reutilization of such materials. Due to its aluminosilicate-rich composition, red ceramic can serve as a precursor for production of geopolymer binder. Therefore, the objective of this study is produce geopolymers using metakaolin (MK) replaced progressively by red ceramic waste. Five formulations were developed under ambient curing conditions, varying the precursor concentrations, and subjected to mechanical property tests, as well as microstructural analysis using XRD and FTIR techniques. The results demonstrate the feasibility of using red ceramic in geopolymer production, showing improved mechanical properties at 28 days when the mixture contains up to 30% red ceramic and exhibits a Si/Al ratio of 1.92. Additionally, increasing the concentration of red ceramic can extend the initial setting time by up to 75 minutes and reduce the geopolymer's fluidity by 27.85%.

Resumo em Português:

Resumo Este estudo concentra-se na análise das deformações de uma parede de concreto armado exposta a altas temperaturas, como as encontradas em fornos de cozimento de anodos utilizados na produção de alumínio primário. O principal problema abordado é o deslocamento estrutural do concreto devido às intensas variações térmicas, que podem comprometer a integridade, durabilidade e desempenho da estrutura ao longo do tempo. O objetivo da pesquisa foi investigar e compreender o comportamento dos deslocamentos do concreto sob condições de trabalho em altas temperaturas, simulando as exigências térmicas e mecânicas enfrentadas no processo industrial. Para isso, foi empregada uma abordagem experimental, utilizando transdutores de deslocamento e sensores de temperatura, ambos conectados a um sistema de aquisição de dados, que permitiu a coleta contínua e automática das amostras ao longo do tempo. Paralelamente, um modelo numérico foi desenvolvido com base no método dos elementos finitos (MEF). Esse modelo permitiu a simulação da distribuição de temperatura dentro da parede de concreto e a avaliação das tensões e deformações associadas, causadas principalmente pela expansão térmica e creep transitório. A combinação das análises experimentais e numéricas possibilitou uma melhor compreensão da resposta estrutural em altas temperaturas. Os resultados experimentais e numéricos foram comparados para validar a precisão do modelo, confirmando sua eficácia na simulação do comportamento térmico e mecânico do concreto. A análise sugere que, embora o concreto armado tenha resistência considerável, o impacto das temperaturas extremas sobre suas propriedades mecânicas e térmicas leva a deformações significativas, o que pode afetar a durabilidade e a segurança da estrutura a longo prazo. Esses achados reforçam a importância de se considerar a proteção térmica e o monitoramento contínuo de estruturas expostas a ambientes de alta temperatura.

Resumo em Inglês:

Abstract This study focuses on the analysis of the deformations of a reinforced concrete wall exposed to high temperatures, such as those found in anode baking furnaces employed in the production of primary aluminum. The main problem addressed is the structural displacement of the concrete due to intense thermal variations, which can compromise the integrity, durability and performance of the structure over time. The objective of the research was to investigate and understand the behavior of concrete displacements under high-temperature working conditions, simulating the thermal and mechanical demands faced in the industrial process. For this purpose, an experimental approach was adopted, involving displacement transducers and temperature sensors, both connected to a data acquisition system, which allowed continuous and automatic collection of samples over time. In parallel, a numerical model was developed based on the finite element method (FEM). This model allowed the simulation of the temperature distribution within the concrete wall and the evaluation of the associated stresses and deformations, caused mainly by thermal expansion and transient creep. The combination of experimental and numerical analyses allowed a better understanding of the structural response at high temperatures. The experimental and numerical results were compared to validate the accuracy of the model, confirming its effectiveness in simulating the thermal and mechanical behavior of concrete. The analysis suggests that although reinforced concrete has considerable strength, the impact of extreme temperatures on its mechanical and thermal properties leads to significant deformations, which can affect the long-term durability and safety of the structure. These findings reinforce the importance of considering thermal protection and continuous monitoring of structures exposed to high-temperature environments.

Resumo em Português:

Resumo O método de bielas e tirantes (MBT) é um método semi-probabilístico utilizado no projeto estrutural de vigas-parede. O MBT não leva em consideração diretamente tanto as incertezas associadas às variáveis ​​envolvidas quanto aquelas inerentes aos modelos de cálculo. Entretanto, com a utilização de métodos de confiabilidade estrutural, é possível considerar tais incertezas. A análise de confiabilidade permite a verificação e a comparação do nível de segurança entre diferentes soluções estruturais. Embora existam estudos na literatura que apresentem análises de confiabilidade estrutural envolvendo o MBT, ainda há lacuna no que se refere às aplicações deste método em projetos estruturais seguindo as normas brasileiras. Este artigo apresenta análises de confiabilidade de dois modelos de bielas e tirantes para vigas-parede, projetados segundo a norma brasileira NBR 6118 (2023). Os modelos diferem na inclusão de armadura vertical. O erro do modelo de resistência foi incorporado na equação de estado limite a partir de ensaios de vigas-parede obtidos da literatura. A simulação de Monte Carlo foi utilizada para obter os índices de confiabilidade, possibilitando identificar os modos de falha mais significativos. Os resultados indicaram índices de confiabilidade β maiores que 3,5 para ambos os modelos, o que está de acordo com valores alvo indicados na literatura. O modelo de bielas e tirantes com armadura vertical apresentou maior índice de confiabilidade e também maior probabilidade de apresentar falha dúctil. As análises de confiabilidade também indicaram grande influência da razão entre carga acidental e carga total (acidental e permanente) no índice de confiabilidade. No projeto estrutural, uma maior segurança pode ser alcançada utilizando os fatores de carga da NBR 8681 (2003) para edifícios tipo 1 (g=1,35 e q=1,5) ao invés dos fatores de carga comuns para edifícios tipo 2 (g=1,4 e q=1,4) dados pela NBR 6118 (2023).

Resumo em Inglês:

Abstract The strut-and-tie method (STM) applied in the structural design of deep beams is a semi-probabilistic method, that does not take directly into account both the uncertainties associated with the variables involved and those inherent in the calculation models. However, with the use of structural reliability methods, it is possible to consider such uncertainties. Reliability analysis allows the verification and the comparison of the safety level between different structural design solutions. Although there are studies in the literature that present structural reliability analyses involving the STM, there is still a lack in what concerns applications of this method in structural design following the Brazilian standards. This paper presents reliability analyses of two strut-and-tie models for deep beams, designed according to the Brazilian standard NBR 6118 (2023). The models differ in the inclusion of vertical reinforcement. The resistance model error was incorporated in the limit-state equation from deep beam tests obtained from the literature. Monte Carlo simulation was used to obtain the reliability index, making it possible to identify the most significant failure modes. The results indicated reliability index β greater than 3.5 for both models, which are in accordance with target values indicated in the literature. The strut-and-tie model with vertical reinforcement presented a higher reliability index and also a greater probability of presenting ductile failure. The reliability analyses also indicated a great influence of the live load to total load (dead and live) ratio on the reliability index. In the structural design, higher safety was achieved using the load factors of NBR 8681 (2003) for type 1 buildings (g=1.35 and q=1.5) rather than the common load factors for type 2 buildings (g=1.4 and q=1.4) given by NBR 6118 (2023).

Resumo em Português:

Resumo Pontes são estruturas essenciais para o sistema socioeconômico de um país, porém, no Brasil, a maioria dessas estruturas tem mais de 50 anos de idade. Simultaneamente ao envelhecimento dessas estruturas, houve uma mudança significativa nos veículos, principalmente em termos de variedade, quantidade e carga. Este trabalho propõe uma estrutura para avaliar a segurança estrutural de pontes em viga de concreto armado, que inclui uma estrutura de dois níveis que regula a quantidade de informação necessária para avaliar a segurança estrutural. Foram analisadas três pontes localizadas no estado de Minas Gerais. A metodologia proposta provou ser eficaz para a avaliação de pontes, tanto com a reconstrução do projeto original como com a extração de testemunhos. Além disso, a estrutura proposta permite concluir sobre a segurança da ponte sem a necessidade de recorrer a provas de carga.

Resumo em Inglês:

Abstract Bridges are essential structures for a country's socioeconomic system; however, in Brazil, most of these structures are over 50 years old. Simultaneously with the aging of these structures, there has been a significant change in the vehicles, mainly in terms of variety, quantity, and load. This work proposes a framework to assess the structural safety of reinforced concrete beam bridges, which includes a two-level method that regulates the amount of information required to assess the structural safety of a bridge. Three bridges located in the state of Minas Gerais, Brazil, were analyzed. The proposed methodology has proven to be effective for the evaluation of bridges, both with original plan reconstruction and core sampling. Furthermore, the proposed framework allows for concluding about the bridge’s safety without conducting load tests.

Resumo em Português:

Resumo Os dentes de concreto armado presentes em vigas, por serem regiões de descontinuidade, demandam modelos não triviais para a sua análise e projeto, tais como o modelo de bielas e tirantes, o modelo de atrito-cisalhamento, e o método dos elementos finitos. Este trabalho investiga o comportamento dos dentes de concreto armado através de simulações numéricas não lineares utilizando um programa computacional baseado no método dos elementos finitos. Os resultados numéricos foram validados com dois programas experimentais documentados na literatura técnica, comparando cargas, deflexões, deformações de armadura, padrões de fissuração e modos de falha. Tanto os resultados experimentais quanto os numéricos indicam um aumento na capacidade de suporte ao cisalhamento com a redução da relação entre o vão de cisalhamento e a altura útil do elemento. Além disso, as extremidades em dentes com barras de suspensão inclinadas exibem aberturas de fissuração mais moderadas, sugerindo uma melhor redistribuição de tensões e maior capacidade de suporte em relação aos dentes com barras verticais. Após essa validação, foi feita uma simulação numérica de espécimes dimensionados pelos modelos de bielas e tirantes e de atrito-cisalhamento segundo a norma brasileira. Essas análises mostraram que os limites da razão de aspecto recomendados pelo código brasileiro para o dimensionamento conforme esses dois modelos são adequados.

Resumo em Inglês:

Abstract The reinforced concrete dapped-ends present in beams, being regions of discontinuity, require non-trivial models for their analysis and design, such as the strut-and-tie model, the shear-friction model, and the finite element method. This study investigates the behavior of reinforced concrete corbels through nonlinear numerical simulations using a computational program based on the finite element method. The numerical results were validated using two experimental programs documented in the technical literature, comparing loads, deflections, reinforcement strains, cracking patterns, and failure modes. Both the experimental and numerical results indicate an increase in shear capacity with a reduction in the shear span-to-effective depth ratio of the element. Additionally, the dapped-ends with inclined hanger bars exhibited more moderate crack openings, suggesting a better stress redistribution and higher load-bearing capacity compared to dapped-ends with vertical bars. Following this validation, a numerical simulation was performed on specimens designed using the strut-and-tie and shear-friction models according to the Brazilian standard. These analyses showed that the aspect ratio limits recommended by the Brazilian code for designing according to these two models are adequate.