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Resumo O setor da construção civil está diretamente ligado ao crescimento econômico de um país, tanto na promoção de empregos quanto no desenvolvimento habitacional. Assim, consome diversos tipos de materiais, gerando uma quantidade significativa de resíduos. O presente trabalho tem como objetivo avaliar blocos de concreto não estruturais com incorporação de resíduos cimentícios originários da própria fabricação de blocos, visando sua aplicação prática e viável na produção de blocos. A pesquisa iniciou-se com a caracterização dos materiais constituintes do bloco: areia, pó de pedra, pedrisco e o resíduo. Posteriormente, a definição dos traços de concreto foi realizada a partir do empacotamento de partículas pelo método de Alfred e pela massa unitária, com intuito maximizar o desempenho mecânico e, consequentemente, minimizar o impacto ambiental causado pelo exacerbado uso de materiais não renováveis. Os blocos foram produzidos na fábrica e levados ao laboratório para avaliação das propriedades: resistência à compressão, absorção de água, análise dimensional e retração. Os blocos foram caracterizados, com resistência a compressão de 5,16 MPa a 5,99 MPa e a absorção de água variando entre 6,40% e 7,29%. A retração por secagem dos blocos variou de 0,040% a 0,110%, com os traços contendo incorporação de resíduos apresentando resultados dentro e superiores ao limite normativo de 0,065%, conforme dosagem. A incorporação do resíduo cimentício em blocos de concreto de alvenaria de vedação é viável em nível industrial sem perdas significativas de propriedades quanto comparadas ao concreto sem incorporação e que o melhor traço é o com incorporação de 5% de resíduo, considerando o desempenho geral nas propriedades avaliadas.

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Abstract The construction industry is directly linked to a country's economic growth, both in terms of job creation and housing development, and consumes various types of materials, generating a significant amount of waste. The aim of this study is to evaluate non-structural concrete blocks with the incorporation of cementitious waste from the manufacture of blocks, assessing its practical and feasible application in the production of new blocks. The research began with the characterization of the block constituent materials: sand, stone dust, gravel and waste. The concrete mixes were defined based on particle packing using Alfred's method and unit weight, with the aim of maximizing its mechanical performance and minimizing the environmental impact caused by the excessive use of non-renewable materials. As a result, four distinct concrete mixes were defined, a reference mix, and mixes containing 0%, 3%, and 5% cementitious waste, respectively. The blocks were produced in the industry and taken to the laboratory. The block properties, compressive strength, water absorption, dimensional analysis and shrinkage were evaluated. The compressive strength ranged from 5.16 MPa to 5.99 MPa and the water absorption ranged from 6.40% to 7.29%. The drying shrinkage of the blocks ranged from 0.040% to 0.110%, with the mixes containing waste showing results within and above the normative limit of 0.065%, according to the dosage. The incorporation of cementitious waste into concrete blocks for non-structural masonry is feasible at the industrial level without significant reduction on its properties when compared to concrete without incorporation. The best design mix is the one with 5%-waste incorporation, considering the overall performance across all evaluated properties.

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Resumo Devido ao seu complexo processo de reciclagem, milhares de cartuchos de impressoras a laser, contendo resíduos de pó de toner, são descartados anualmente em aterros sanitários, uma alternativa ambientalmente inviável. A caracterização química, mineralógica e morfológica foi realizada para o pó de toner, sendo avaliado o seu potencial de aplicação em blocos de concreto intertravados, também conhecidos como pavers. A caracterização do resíduo pó de toner foi realizada por espectrometria de fluorescência de raios X, FTIR e análise por microscopia eletrônica de varredura. Com as informações obtidas, produziu-se corpos de prova a partir da dosagem em 1:2,66:4,74 (cimento:areia:brita), onde substituiu-se a areia por resíduos de pó de toner em três diferentes porcentagens (0, 3 e 7%). Propriedades tecnológicas como absorção de água, resistência à compressão, lixiviação e microestrutura óptica foram determinadas. Uma simulação arquitetônica em 3D foi realizada, de modo a verificar a influência destes resíduos em diferentes cenários urbanos. Os resultados mostram que a presença de resíduos de pó de toner resultou em alterações nas características do paver. Com valores de propriedade de compressão mecânica de 35,73 MPa, o traço com 3% de pó de toner demonstrou ser uma opção viável para a produção de pavers, proporcionando um aspecto arquitetônico diferenciado aos blocos. Portanto, representa uma alternativa sustentável para a destinação deste resíduo e fortalece práticas ambientalmente responsáveis na indústria da construção civil.

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Abstract Due to its complex recycling process, thousands of laser printer cartridges containing toner powder waste are discarded annually in landfills—an environmentally unsustainable practice. This study presents the chemical, mineralogical, and morphological characterization of toner powder waste and evaluates its potential application in interlocking concrete blocks, commonly known as pavers. The toner powder waste was analyzed using X-ray fluorescence spectrometry (XRF), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM). Based on the obtained data, concrete specimens were produced using a 1:2.66:4.74 mix ratio (cement:sand:gravel), in which sand was partially replaced by toner powder waste at three different proportions (0%, 3%, and 7%). Technological properties such as water absorption, compressive strength, leaching behavior, and optical microstructure were determined. A 3D architectural simulation was also conducted to assess the visual and practical impact of these materials in various urban scenarios. The results indicate that the inclusion of toner powder waste altered the characteristics of the pavers. The mix with 3% toner powder achieved a compressive strength of 35.73 MPa, demonstrating its viability for paver production and offering a distinct architectural appearance to the blocks. Therefore, this approach represents a sustainable alternative for toner waste disposal and supports environmentally responsible practices in the construction industry.

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Resumo Nos sistemas pré-moldados, as ligações desempenham um papel fundamental ao garantir a continuidade estrutural entre os elementos e contribuir para a estabilidade global das estruturas. Dentre os diferentes tipos, as ligações viga-pilar aparafusadas semirrígidas são utilizadas quando se deseja reduzir o tempo de execução das ligações em obra. Além disso, elas proporcionam maior dissipação de energia quando submetidas à ação de sismos em relação às ligações realizadas com concretagem no local. Este estudo desenvolveu e validou um modelo numérico não linear no software DIANA® para reproduzir o comportamento de uma ligação viga-pilar parafusada sob carregamento monotônico e cíclico. Também foi proposto um modelo analítico para estimativa da rigidez secante da ligação. O modelo numérico foi calibrado a partir de dados experimentais disponíveis na literatura, apresentando erro máximo de 3% na previsão da resistência última e de 30% na capacidade de dissipação de energia pela ligação. Além disso, o modelo numérico mostrou-se preciso na representação da rigidez, fissuração e comportamento global da ligação. Uma análise paramétrica foi realizada para avaliar a influência da resistência do concreto, do diâmetro e do tipo de aço dos parafusos usados na ligação. A comparação entre carregamentos cíclicos e monotônicos revelou baixa degradação da rigidez da ligação até o escoamento dos parafusos. Já o modelo analítico proposto apresentou uma relação entre as rijezas numérica e analítica igual a 1,00 e coeficiente de variação de 4,54%, confirmando sua aplicabilidade para a estimativa da rigidez da ligação parafusada.

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Abstract In precast concrete systems, connections play a crucial role in ensuring structural continuity between elements and contributing to the overall stability of the structure. Among various types, semi-rigid bolted beam-to-column connections are commonly used to reduce on-site construction time. Additionally, they provide enhanced energy dissipation under seismic loading compared to cast-in-place connections. This study developed and validated a nonlinear numerical model in DIANA® software to simulate the behavior of a bolted beam-to-column connection under monotonic and cyclic loading. An analytical model was also proposed to estimate the secant stiffness of the connection. The numerical model was calibrated using experimental data available in the literature, showing a maximum error of 3% in predicting ultimate strength and 30% in energy dissipation capacity. Moreover, the model accurately represented the stiffness, cracking pattern, and global behavior of the connection. A parametric analysis was conducted to assess the influence of concrete strength, bolt diameter, and bolt steel grade on the connection performance. The comparison between cyclic and monotonic loading indicated low stiffness degradation up to the yielding of the bolts. The proposed analytical model yielded a stiffness ratio (numerical-to-analytical) of 1.00 with a coefficient of variation of 4.54%, confirming its applicability for estimating the stiffness of bolted connections.

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Resumo As estruturas de concreto sob ação dos fenômenos dependentes do tempo podem sofrer uma série de efeitos indesejáveis, destacando o aumento significativo das deformações sem que haja um acréscimo de carregamento na estrutura. O objetivo deste trabalho é estudar os efeitos da fluência e retração nas análises estruturais de vigas e pórticos de concreto armado utilizando o método dos elementos finitos. Para isto, primeiro é iniciado um processo incremental iterativo em busca da configuração de equilíbrio para o carregamento imediato, logo em seguida inicia-se uma análise incremental no tempo. Nesta análise, as deformações adicionais devido à fluência e retração, calculadas conforme formulações detalhadas encontradas na literatura, são transformadas em esforços por meio do vetor de força interna do elemento e uma nova configuração de equilíbrio é estabelecida a cada passo da análise incremental no tempo. Na modelagem das vigas e pórticos é utilizado o elemento finito de barra com formulação baseada na teoria de viga de Euler-Bernoulli, e os resultados obtidos com a formulação apresentada são comparados com os resultados encontrados por formulações simplificadas apresentadas em normas técnicas. Os exemplos estudados validaram a formulação apresentada e mostraram que a análise dos efeitos da retração e fluência por meio de formulações simplificadas podem levar a resultados bastantes conservadores.

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Abstract Concrete structures under the action of time-dependent phenomena can suffer a series of undesirable effects, highlighting the significant increase in deformations without an increase in the load on the structure. The objective of this work is to study the creep and shrinkage effects in the structural analysis of reinforced concrete beams and frames using the finite element method. To this end, an iterative incremental process is first initiated in search of the equilibrium configuration for the instantaneous load, and then an incremental analysis in time is started. In this analysis, the additional deformations due to creep and shrinkage, calculated according to detailed formulations found in the literature, are transformed into forces by means of the internal force vector of the element and a new equilibrium configuration is established at each step of the incremental analysis in time. In the modeling of beams and frames, the bar finite element with a formulation based on the Euler-Bernoulli beam theory is used, and the results obtained with the presented formulation are compared with the results found by simplified formulations presented in design codes for reinforced concrete structures. The examples studied validated the presented formulation and showed that the analysis of shrinkage and creep effects through simplified formulations can lead to both conservative and unsafe results.

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Resumo Os edifícios estão sujeitos a incêndio e os seus elementos estruturais devem ser projetados para oferecer segurança sob altas temperaturas. No Brasil, a aplicação da NBR 15200 (revisada em 2024, coordenada por este autor) é obrigatória para projetos estruturais. A norma prescreve, dentre outros, o Método Avançado de cálculo que prescreve análise das estruturas via elementos finitos (FEA) e sólido conhecimento de modelagem termomecânica, as vezes dificultosa e não trivial na prática de engenharia de rotina. Este artigo apresenta o procedimento prático e os critérios para aplicar o Método Avançado normativo. O objetivo é ajudar os profissionais a entender o processo de modelagem proposto pela norma e selecionar dados paramétricos apropriados para desenvolver modelos FEA que possam ser usados para avaliar de forma confiável o desempenho ao fogo de estruturas de concreto armado. A análise foi realizada usando uma viga simplesmente apoiada. O estudo discute a implementação e as implicações da abordagem de projeto avançado descrita na NBR 15200 atualizada.

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Abstract Buildings are exposed to fire and their structural elements must be fire-designed accordingly to ensure safety at high temperatures. In Brazil, compliance with the NBR 15200 standard (revised in 2024, under the supervision of this author) is mandatory for structural design. This standard proposes, among other, the use of Advanced Method that requires finite element analysis (FEA) and a solid understanding of thermomechanical modeling, which is often not trivial in routine engineering practice. This paper provides a practical reference and design criteria guide for the application of the standardized Advanced Method. It is intended to help professionals understand the modeling process and select appropriate parametric data to develop FEA models that can be used to evaluate the fire performance of RC structures according to NBR 15200. The analysis was carried out using a simply supported beam. In addition, the study discusses the implementation and implications of the advanced design approach outlined in NBR 15200.

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Resumo Os conectores de cisalhamento são frequentemente avaliados usando o método de ensaio push test prescrito pela EN 1994-1-1:2004. Este método é recomendado para analisar conectores aplicados em vigas mistas de aço e concreto. No entanto, em situações em que os conectores são empregados em outros elementos estruturais, a norma europeia recomenda o uso de ensaios de cisalhamento específicos. Este estudo propõe um método de ensaio para caracterizar conectores em formato de chapa aplicados em pilares mistos preenchidos com concreto (PMPC) e pilares de concreto armado. Para isso, foi desenvolvido um dispositivo de ensaio para simular a introdução direta de força no conector. Exemplos de aplicação do método de ensaio em um pilar misto e em um pilar de concreto armado com conector Crestbond são apresentados. Os resultados obtidos foram comparados com resultados encontrados na literatura, demonstrando a eficácia e consistência do método de ensaio proposto.

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Abstract Shear connectors are often evaluated using the push test method prescribed by EN 1994-1-1:2004. This method is recommended for analyzing connectors applied to composite steel and concrete beams. However, in situations where connectors are employed in other structural elements, the European standard recommends the use of specific shear tests. This study proposes a test method to characterize plate connectors applied to concrete-filled steel composite (CFSC) columns and reinforced concrete columns. For this purpose, a testing device was developed to simulate the direct introduction of force into the connector. Examples of the application of the testing method on a composite column and a reinforced concrete column with a Crestbond connector are presented. The results obtained were compared with results found in the literature, demonstrating the effectiveness and consistency of the proposed testing method.

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Resumo O UHPFRC é um material compósito caracterizado por sua elevada resistência, ductilidade e durabilidade. No entanto, a estimativa das flechas em vigas de UHPFRC apresenta desafios significativos devido à acentuada não linearidade do material, o que dificulta a aplicação direta dos métodos convencionais de análise elástica. Assim, este artigo descreve o desenvolvimento de um método analítico para o cálculo das curvas carga–flecha de vigas de UHPFRC armadas submetidas à flexão em quatro pontos. A metodologia baseia-se no equilíbrio e na compatibilidade da seção transversal para determinar as curvaturas ao longo da viga, que são posteriormente integradas pelo princípio dos trabalhos virtuais para obter as flechas. A abordagem proposta é validada por meio da comparação com resultados experimentais da literatura e de uma análise numérica por elementos finitos realizada neste estudo. O método analítico apresentou boa concordância com os resultados experimentais e excelente correlação com as simulações numéricas, especialmente em níveis de carregamento de serviço.

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Abstract UHPFRC is a composite material characterized by its high strength, ductility, and durability. However, estimating deflections in UHPFRC beams is challenging due to the material's pronounced nonlinearity, which makes it difficult to apply conventional elastic analysis methods directly. Thus, this paper presents the development of an analytical method for calculating the load-deflection curves of reinforced UHPFRC beams subject to four-point bending. The methodology is based on cross-sectional equilibrium and compatibility to determine the curvatures along the beam, which are subsequently integrated using the principle of virtual work to obtain the deflections. The proposed approach is validated by comparing the results with experimental data from literature and with a finite element analysis performed in this study. The analytical method showed good agreement with the experimental results and exhibited strong agreement with the finite element simulations, particularly at service load levels.

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Resumo: Os Polímeros Reforçados com Fibras de Carbono (PRFC) têm se destacado como um material promissor para reforço estrutural, devido às suas excelentes propriedades mecânicas, baixo peso específico e, principalmente, à sua natureza não corrosiva. O método mais comum para aplicação do PRFC é a técnica Externally Bonded Reinforcement (EBR), que consiste na colagem externa do material de reforço à superfície da estrutura por meio de uma resina, podendo ser aplicado sob a forma de laminado ou manta. Esta pesquisa analisou numericamente o comportamento de vigas em concreto armado reforçadas à flexão com laminados de PRFC pela técnica EBR, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) por meio do software ANSYS. O estudo amplia o escopo de pesquisas anteriores ao adotar laminados de PRFC, ao considerar vigas em escala real e ao investigar diferentes estratégias de modelagem da interface concreto-PRFC, conhecida como uma região determinante na resposta estrutural. Foram realizadas modelagens computacionais de quatro vigas baseadas em dois estudos experimentais da literatura. O modelo numérico proposto considerou as não-linearidades físicas e geométricas dos materiais envolvidos, com ênfase no comportamento da aderência na interface concreto-PRFC por meio da implementação de elementos de contato e do Modelo de Zona Coesiva Bilinear. A comparação entre resultados numéricos e experimentais mostrou boa concordância em termos de curvas carga-deslocamento e carga-deformação do concreto, armaduras e laminado, bem como na capacidade resistente e no modo de ruptura, apresentando diferença máxima de 3,27% na carga última. Esses resultados demonstraram que a modelagem adotada prevê adequadamente o comportamento das vigas reforçadas à flexão com laminados de PRFC, fornecendo subsídios para estudos paramétricos futuros e contribuindo para diretrizes de projeto e aplicações práticas no reforço de estruturas de concreto armado.

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Abstract: Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) have emerged as a promising material for structural strengthening, due to their excellent mechanical properties, low weight and, mainly, their non-corrosive nature. The most common application method for CFRP is the Externally Bonded Reinforcement (EBR) technique, which consists of externally bonding the reinforcement material to the surface of a structure using resin, and can be applied in the form of a laminate or sheet. This research numerically analyzed the behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened in flexure with CFRP laminates by the EBR technique, using the Finite Element Method (FEM) through the ANSYS software. This study expands the scope of previous research by adopting CFRP laminates, considering full-scale beams, and investigating different modeling strategies for the concrete-CFRP interface, known as a key region in structural response. Computational modeling of four beams was carried out based on two experimental studies from the literature. The proposed numerical model considered the physical and geometric nonlinearities of the materials involved, with emphasis on the bond behavior at the concrete-CFRP interface through the implementation of contact elements and the Bilinear Cohesive Zone Model. The comparison between numerical and experimental results showed good agreement in terms of load-displacement and load-deformation curves of concrete, reinforcement, and laminate, as well as in the bearing capacity and failure mode, with a maximum difference of 3.27% in the ultimate load. These results demonstrated that the adopted modeling adequately predicts the behavior of beams strengthened in flexure with CFRP laminates, providing support for future parametric studies and contributing to design guidelines and practical applications in the strengthening of RC structures.