Resumo em Português:
resumo: Foram investigados os efeitos dos métodos químicos e físicos na dispersão de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) em pastas de cimento Portland. Para avaliar estes efeitos, foram realizados testes de consistência, reologia, resistência à compressão, módulo elástico dinâmico, resistência à flexão, absorção de água, e teor de vazio. As alterações na reologia das pastas de cimento e surfactantes resultaram numa redução significativa da viscosidade aparente e da resistência ao escoamento. Além disso, pastas de cimento contendo MWCNT funcionalizados com grupo carboxílicos (MWCNT-COOH) e surfactante mostraram maiores resistências à compressão a 28 d. No entanto, o método de dispersão ultrassônica não influenciou significativamente as propriedades do cimento Portland endurecido em comparação com o cimento Portland produzido utilizando a solução aquosa não sonicada.Resumo em Inglês:
abstract: The effects of chemical and physical methods on multiwalled carbon nanotube (MWCNT) dispersion in Portland cement pastes were investigated. Consistency, rheology, compressive strength, dynamic elastic modulus, flexural strength, water absorption, and void content tests were performed to evaluate these effects. Changes in the rheology of the cement pastes and surfactants resulted in a significant reduction in apparent viscosity and yield strength. Additionally, cement pastes containing carboxyl- functionalized MWCNTs (MWCNT-COOH) and surfactant showed higher compressive strengths at 28 d. However, the ultrasonic dispersion method did not significantly influence the properties of hardened Portland cement compared with Portland cement produced using the non-sonicated aqueous solution.Resumo em Português:
Resumo A cura por carbonatação altera as características da microestrutura do concreto e pode interferir na penetração de íons agressivos. O objetivo deste artigo foi avaliar a influência da pressão de CO2 e do tempo de cura da carbonatação nos perfis de cloreto. As amostras de concreto foram curadas por carbonatação com pressões de CO2 variando de 5 a 25 Psi, por um tempo dentro da câmara de carbonatação de 8, 24 e 36 horas. Esses concretos foram submetidos a 30 ciclos de umedecimento e secagem em solução de NaCl para estimular o ingresso de cloretos. A profundidade de carbonatação e a microestrutura do concreto foram monitoradas ao longo do tempo. Perfis de cloreto foram obtidos e modelados por 4 equações matemáticas. Os resultados mostraram que a combinação de menor tempo e pressão de CO2 durante a cura por carbonatação potencializou a redução da penetração de cloretos no concreto. Além disso, as condições de cura por carbonatação de 5 e 10 Psi por 8 horas reduziram o coeficiente de difusão do cloreto.Resumo em Inglês:
Abstract Carbonation curing alters the characteristics of the concrete's microstructure and can interfere with the penetration of aggressive ions. The objective of this article was to evaluate the influence of CO2 pressure and carbonation cure time on chloride profiles. Concrete specimens were cured by carbonation with CO2 pressures ranging from 5 to 25 Psi, for a time within the carbonation chamber of 8, 24, and 36 hours. These concretes were subjected to 30 wetting and drying cycles in NaCl solution to stimulate the chloride ingress. The carbonation depth and the microstructure of the concrete were monitored over time. Chloride profiles were obtained and modeled by 4 mathematical equations. The results showed that the combination of less time and CO2 pressure during carbonation curing potentiated the reduction of chloride penetration in concrete. Also, the carbonation curing conditions of 5 and 10 Psi for 8 hours reduced the chloride diffusion coefficient.Resumo em Português:
Resumo O Concreto Reforçado com Fibras (CRF) é reconhecido internacionalmente como material estrutural pelo fib Model Code 2010 e em nível nacional, na recém publicada norma ABNT NBR 16935, que estabelece o procedimento de projeto estrutural baseado nos parâmetros pós-fissuração do compósito. Esta publicação deve propiciar um aumento do número de aplicações de CRF no Brasil nos próximos anos. Nesse contexto, muitos pesquisadores têm investigado o uso do teste DEWS para a caracterização de CRF como alternativa ao ensaio de flexão em três pontos (3PBT) usualmente recomendado pelas normas. O ensaio DEWS é realizado aplicando-se uma carga compressiva em corpos de prova com duplo corte à 450 que induzem uma falha em modo-I de fratura. Apesar das vantagens, como uso de corpo de prova menor e procedimento de ensaio mais simples para obter as propriedades anisotrópicas/ortotrópicas do material, ele ainda requer transdutores para medir a abertura da fissura e gerar os cortes triangulares no corpo de prova, o que é mais complexo e trabalhoso. Este estudo aborda essas questões propondo um método de ensaio e preparação simplificado que consiste em remover os transdutores (correlacionando o deslocamento da máquina e a abertura da fissura) e gerar os cortes triangulares à 450 durante a moldagem em vez de cortar posteriormente. Essas modificações tornaram o procedimento de ensaio muito mais fácil de ser realizado. O programa experimental avalia as modificações na configuração do ensaio DEWS e sua influência na caracterização pós-fissuração do CRF. Além disso, o conteúdo efetivo de fibra e a orientação foram avaliados através da realização do ensaio indutivo. Os resultados mostram que a caracterização do FRC pode ser realizada com sucesso usando uma configuração mais simples. Esse ensaio alternativo apresenta vantagens em comparação ao ensaio 3PBT para o controle tecnológico do CRF, principalmente em relação as dimensões do corpo de prova e controle do ensaio pelo deslocamento do equipamento.Resumo em Inglês:
Abstract Fibre Reinforced Concrete (FRC) is internationally recognised as a structural material in the fib Model Code 2010 and at a national level in the recently published ABNT standard NBR 16935, which establishes the structural design procedure based on post-cracking parameters. This publication should foster an increase in the number of applications of FRC in Brazil in the next years. In this context, many researchers have investigated the use of the DEWS test for the FRC characterisation as an alternative to the three-point bending test (3PBT) usually recommended by standards. The DEWS test is conducted by applying a compressive load on specimens with triangular grooves that induce a pure mode‑I tensile fracture. Despite the advantages of the test, such as a smaller specimen and simpler testing procedure to obtain the anisotropic/orthotropic material properties, it still requires transducers to measure crack opening and generate the triangular grooves in the specimen, which is more complex, and labour demanding. This study addresses these issues by proposing a simplified test method and preparation consisting of removing the transducers (correlating the machine stroke and the crack opening) and generating the triangular groves during the casting instead of sawing afterwards. These modifications made the testing procedure much easier to perform. The experimental program assesses the modifications in the DEWS test setup and their influence on the post-cracking characterisation of FRC. Additionally, the effective fibre content and orientation were assessed by performing the inductive test. The results show that FRC characterisation can be successfully conducted using a simpler configuration of the DEWS test. This alternative test presents some advantages in comparison with the 3PBT test for FRC quality control, especially the lower volume of material and the test control by machine displacement.Resumo em Português:
Resumo O período de pega do concreto pode ser monitorado indiretamente pelo teste de resistência à penetração fornecido pela ASTM C 403. Valores arbitrários de resistência à penetração são associados aos tempos de início e fim de pega. Este ensaio é realizado na porção de argamassa previamente peneirada da mistura de concreto, o que torna rara sua utilização prática. Alternativamente, o teste de ultrassom pode ser empregado para caracterizar esse período de transição, uma vez que a propagação das ondas ultrassônicas é grandemente afetada pela formação dos produtos de hidratação do cimento e pela extensão do desenvolvimento da microestrutura. Nesta pesquisa, estudou-se a propagação de ondas ultrassônicas no concreto fresco durante o período de pega. Além da velocidade do pulso ultrassônico (UPV), outros parâmetros ultrassônicos, como velocidade de grupo, parâmetros relacionados à energia ultrassônica e frequência, foram monitorados durante o período de pega de várias misturas de concreto. Observou-se uma maior facilidade de transmissão ultrassônica com aumento contínuo das amplitudes das ondas durante o período de pega. Os resultados indicaram que uma análise combinada dos parâmetros no domínio de tempo como UPV, velocidade de grupo e tempo de propagação de 10% da energia (t10) poderia ser utilizada para melhorar a caracterização do desenvolvimento da microestrutura em relação ao comportamento de pega de misturas de concreto.Resumo em Inglês:
Abstract The setting behavior of concrete mixtures can be indirectly monitored by the penetration resistance test given by ASTM C 403. Arbitrary values of penetration resistance are associated to the initial and final set times. This test is carried out on the previously sieved mortar portion of the concrete mixture, which makes its practical use rare. Alternatively, ultrasound testing can be used to characterize this transition period, since the propagation of ultrasonic waves is greatly affected by the formation of cement hydration products and the extent of microstructure development. In this research, the propagation of ultrasonic waves in fresh concrete during the setting period was studied. In addition to the ultrasonic pulse velocity (UPV), other ultrasonic parameters such as group velocity, parameters related to ultrasonic energy and frequency were monitored during the setting period of various concrete mixes. It was observed that as setting progressed, there was a greater ease of ultrasonic transmission with a continuous increase of wave amplitudes. The results indicated that a combined analysis of the time domain parameters of UPV, group velocity and the time that 10% of energy has propagated (t10) could be used to improve the characterization of the microstructure development regarding the setting behavior of concrete mixtures.Resumo em Português:
Resumo Este trabalho apresenta a identificação dinâmica de uma passarela estaiada a partir da aplicação de um sistema de aquisição de dados alternativo e métodos de identificação modal que se baseiam apenas na resposta. Os dados foram coletados durante ensaios dinâmicos realizados com um sistema de aquisição baseado na plataforma Arduino, composto por dispositivos de baixo custo com acelerômetros microeletromecânicos embarcados. Para os estais, foi utilizado o método Peak-Picking. Para a estrutura completa, foram utilizados os métodos Frequency Domain Decomposition e o Stochastic Subspace Identification - Unweighted Principal Components. O sistema de aquisição de dados proposto registrou as séries temporais necessárias para a Análise Modal Operacional de forma eficiente e o processo de aquisição das acelerações proporcionou resultados estáveis. Pelo menos quatro formas modais foram identificadas em todos os testes. Em todos os ensaios dos estais, um mínimo de quatro picos de alta energia na faixa de frequência entre 0 - 24 Hz do espectro foram obtidos com o sistema de aquisição e selecionados pelo método. Nos ensaios da estrutura completa, o sistema de aquisição de dados de baixo custo e os métodos de identificação forneceram os quatro primeiros modos de flexão, dentro da faixa de frequência entre 0 - 9 Hz. Os resultados do método no domínio da frequência mostraram uma diferença máxima, quando comparados aos de um modelo numérico 3D em elementos finitos, de 2,37% na primeira frequência experimental, enquanto que nas demais frequências a diferença ficou entre 1 e 2%. Para o método no domínio do tempo, a diferença máxima foi de 1,74% na quarta frequência, enquanto que nas demais, a diferença ficou entre 0,1 e 0,7%. As formas modais foram avaliadas através do índice Modal Assurance Criterion, e os resultados variaram entre 0,8513 e 0,9990.Resumo em Inglês:
Abstract This study describes the dynamic identification of a cable-stayed footbridge using an alternative data acquisition system and output-only modal identification methods. Data were collected during dynamic tests performed using an acquisition system based on the Arduino platform, consisting of low-cost devices with on-board Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) accelerometers. The Peak-Picking (PP) method was used for the stay cables. The Frequency Domain Decomposition (FDD) and Stochastic Subspace Identification - Unweighted Principal Components (SSI-UPC) methods were used for the complete structure. The proposed data acquisition system efficiently recorded the time series required for Operational Modal Analysis and the acceleration acquisition process provided stable results. At least four mode shapes were identified in all tests. A minimum of four high energy peaks in the 0 - 24 Hz frequency range of the spectrum were obtained by the acquisition system in all of the cable tests and selected by the method. In the complete structure tests, the low-cost data acquisition system and the identification methods provided the first four flexural mode shapes, within the 0 - 9 Hz frequency range. Results for the frequency domain method showed a maximum difference of 2.37% in the first experimental frequency when compared to a 3D finite element numerical model, while in the other frequencies the difference was between 1 and 2%. For the time domain method, the maximum difference was 1.74% in the fourth frequency, with differences of between 0.1 and 0.7% in the other frequencies. The mode shapes were evaluated using the Modal Assurance Criterion (MAC) index, and the results varied between 0.8513 and 0.9990.Resumo em Português:
Resumo O crescente avanço tecnológico permite não só a concepção de estruturas cada vez mais sofisticadas e esbeltas, mas também a criação de novos métodos. No caso de pontes, uma análise mais robusta se faz necessária tendo em vista a complexidade dos carregamentos atuantes de natureza dinâmica. No presente trabalho, as forças inerciais geradas pelas massas dos veículos na estrutura são levadas em consideração, e seus efeitos quantificados, através do acoplamento das matrizes de massas dos veículos à matriz de massa global da estrutura a cada intervalo de integração. A análise dinâmica em questão foi realizada pelo programa LOADYN, ferramenta computacional desenvolvida pelos autores. A influência da velocidade de passagem do veículo na resposta dinâmica da estrutura é analisada. São feitas comparações entre as respostas estruturais com e sem a consideração das forças inerciais geradas pelo veículo. Tais forças não devem ser negligenciadas, especialmente a grandes velocidades e altas relações entre as massas do veículo e estrutura já que têm um papel imprescindível na magnitude da resposta e nas velocidades críticas.Resumo em Inglês:
Abstract The increasing technological advance in the structural engineering field allows not only the design of better structures, but also the development of new methods. When it comes to bridges, more specifically, railway bridges, a special kind of attention is necessary since the dynamic nature of some external loads must be taken into account. In this study, the inertial effect caused on the structure by the moving vehicle is quantified and taken into consideration in the analyses, through the coupling of the vehicle mass matrix with the global mass matrix of the structure at each integration time step. The numerical dynamic analysis was performed by the LOADYN software, a computer program developed by the authors. The influence of the train speed on the structural dynamic response is analyzed. Comparisons between the structural responses with and without the vehicle inertial effect are made. The results show the importance of the inertial forces generated by the vehicle. Those forces must be taken into account, especially at higher speeds and mass ratios since they play an important role on the response magnitude and critical velocities.Resumo em Português:
Resumo A influência do tamanho do agregado no processo de danificação do material exposto a altas temperaturas não é um consenso entre a comunidade científica, pois alterações na microestrutura impactam no desempenho macroestrutural. Para contribuir com esta investigação, este trabalho apresenta um modelo termomecânico para avaliar a influência do tamanho do agregado no dano mecânico do concreto sob altas temperaturas. O material é considerado como bifásico - agregado e matriz - e trifásico - no qual é adicionada zona de transição na interface. No que diz respeito às geometrias, são simulados modelos em 2D e 3D. Um software de elementos finitos é utilizado com uma estratégia de acoplamento fraco que reduz o custo computacional, e uma sub-rotina de usuário é implementada para definir o modelo constitutivo. Os resultados mostram que o tamanho do agregado influencia tanto o dano médio quanto a distribuição do dano ao longo do corpo de prova sintético.Resumo em Inglês:
Abstract The influence of aggregate size on the degradation process of material exposed to high temperatures is not a consensus among the scientific community because changes in the microstructure impact the macrostructural performance. To contribute to this investigation this work presents a thermomechanical model to evaluate aggregate size influence on the concrete mechanical damage under high temperatures. The material is considered as two-phase - aggregate and matrix - and three-phase - in which the interfacial transition zone is added. Concerning geometries, models in 2D and 3D are simulated. A finite element software is used with a weak coupling strategy that reduces the computational cost, and a user subroutine is implemented to define the constitutive model. The results show that the aggregate size influences both the average damage and the damage distribution along the synthetic specimen.Resumo em Português:
Resumo A construção civil é um setor da indústria que tem sido utilizado como uma saída para o reaproveitamento de muitos resíduos. O presente trabalho visa utilizar o resíduo de Etileno Vinil Acetato (EVA) da indústria calçadista como substituto parcial de uma faixa granulométrica de agregados, visando produção de concreto estrutural e aplicação a concretagem de pisos industriais. As proporções de mistura propostas foram avaliadas a partir de ensaios de compressão uniaxial, flexão em três pontos e retração por secagem. Os resultados dos testes de compressão uniaxial mostraram que o concreto com substituição ainda apresenta resistência suficiente para ser considerado concreto estrutural. Além disso, as partículas de EVA e da fibra de polipropileno funcionam como pontes de transferência de tensões na zona fissurada, resultando em um aumento das tensões residuais e, consequentemente, da tenacidade do concreto no teste de flexão em três pontos. Por fim, o Technical Report 34 foi utilizado como procedimento para dimensionar um piso industrial a partir da resistência a compressão, módulo de Young e comportamento a flexão dos compósitos ensaiados. O resultado final mostrou que mesmo com menor resistência à compressão, o concreto reforçado com fibras e substituição parcial de EVA consegue maior eficiência estrutural para um piso industrial de mesma altura de seção transversal que o concreto reforçado com fibras comum.Resumo em Inglês:
Abstract Civil construction is an industry sector that has been used as an outlet for the reuse of industrial waste. The present work aims to use the residue of Ethylene Vinyl Acetate (EVA) from the footwear industry as a partial substitute for a granulometric range of aggregates, aiming at the production of structural concrete and application to industrial floors. The proposed mixing ratios were evaluated from uniaxial compression, three-point bending, and drying shrinkage tests. The results of the uniaxial compression tests showed that the concrete with EVA addition still has enough strength to be considered structural concrete. In addition, the EVA and polypropylene fiber particles act as stress transfer bridges in the cracked zone, resulting in an increase in residual stresses and, consequently, in the toughness of the concrete in the three-point bending test. Finally, Technical Report 34 was used as a procedure to design an industrial floor based on the compressive strength, Young's modulus, and flexural behavior of the tested composites. The final result showed that even with lower compressive strength, fiber-reinforced concrete with EVA achieves greater structural efficiency for an industrial floor with the same cross-sectional height as ordinary fiber-reinforced concrete.Resumo em Português:
Resumo A fim de fornecer soluções mais sustentáveis para o projeto de vigas mistas treliçadas, o presente trabalho propõe uma formulação para otimizar parâmetros dimensionais, geométricos e topológicos visando minimizar as emissões de CO2. Algoritmo Genético (GA) e Otimização por Enxame de Partículas (PSO) são utilizados para resolver o problema de otimização considerando a escolha dos perfis de aço, resistência característica do concreto, formas, número de painéis e altura total da treliça. A metodologia é aplicada a três problemas onde são considerados três tipos diferentes de geometria de perfil e três modelos de treliça para comparar e analisar seus resultados. O programa considera cantoneiras duplas, tubos circulares vazados e tubos circulares preenchidos com concreto, bem como os modelos de treliça Pratt, Howe e Warren. Os três problemas são idênticos, com exceção do tamanho do vão, que varia entre 8, 24 e 40 metros. Em conclusão, os resultados mostram que os algoritmos fornecem soluções iguais ou semelhantes, sendo o modelo de Warren e o tubo circular preenchido com concreto o mais eficiente em todos os casos, especialmente para vãos maiores, atingindo uma redução de emissão de até 40% em relação ao modelo Howe utilizando cantoneiras duplas. O critério crítico no dimensionamento de todos os casos atingiu uma relação entre esforço solicitante e resistente maior que 90% em todos os casos, confirmando a eficácia da otimização, sendo o critério de flexão combinada o crítico na maioria deles.Resumo em Inglês:
Abstract In order to provide more sustainable solutions to the design of composite truss beams, the present work proposes a formulation to optimize dimensional, geometric and topologic parameters aiming to minimize CO2 emissions. Genetic Algorithm (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO) are used to solve the optimization problem considering the choice of steel profiles, characteristic strength of concrete, formwork, number of panels and truss total height. The methodology is applied to three problems where three different types of profile geometry and three models of truss are considered in order to compare and analyze its results. The program considers double angles, circular hollow tubes and circular concrete-filled tubes, as well as Pratt, Howe and Warren models. The three problems are identical, with the exception of the span size, varying between 8, 24 and 40 meters. In conclusion, results show the algorithms provide equal or similar solutions, with the Warren model and circular concrete-filled tube being the best solutions in all cases, especially for larger spans, reaching an emission reduction of up to 40% in relation to the Howe model using double angles. The critical criterion in the sizing of all cases attained a design-resistant effort relation greater than 90% in all cases, confirming the effectiveness of the optimization, being the combined criterion the critical in most of them.Resumo em Português:
Resumo Este artigo apresenta a construção de um conjunto de dados e a análise exploratória de dados a partir dos resultados da literatura de caracterização físico-química do cimento Portland comum (CPC). As variáveis físico-químicas incluíram a porcentagem em massa de óxido de cálcio (CaO), dióxido de silício (SiO2), óxido de alumínio (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), óxido de magnésio (MgO), óxido sulfúrico (SO3), óxido de sódio (Na2O), óxido de potássio (K2O), óxido de titânio (TiO2), cal livre (CaOfree), equivalente alcalino (Na2Oeq), perda ao fogo, superfície específica, densidade, relação água-cimento e resistência à compressão do cimento aos 28 dias. A busca, coleta e montagem do conjunto de dados teve como objetivo avaliar as informações relacionadas a essas variáveis por meio de análise exploratória de dados, permitindo uma compreensão básica dos resultados de caracterização de CPCs obtidos em publicações de diferentes tipos, fontes, anos e países. O conjunto de dados fornece uma fonte útil de caracterização físico-química de cimento comum, e a análise exploratória de dados forneceu uma compreensão da distribuição central, de dispersão e de dados com métricas estatísticas de cada variável e suas correlações de pares no conjunto de dados montado. O conjunto de dados construído e sua análise são um ponto de partida para novos dados, estudos e modelos de inteligência artificial para fornecer uma visão global mais ampla da produção e propriedades do cimento Portland comum.Resumo em Inglês:
Abstract This paper presents a dataset construction and data science analysis from the literature results of physicochemical characterization of ordinary Portland cement (OPC). The physicochemical variables included the percentage by mass of calcium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO2), aluminum oxide (Al2O3), iron oxide (Fe2O3), magnesium oxide (MgO), sulfuric oxide (SO3), sodium oxide (Na2O), potassium oxide (K2O), titanium oxide (TiO2), free lime (CaOfree), equivalent alkaline (Na2Oeq), loss on ignition, specific surface, density, water-cement ratio, and compressive strength of cement at 28 days. The searching, collection, and assembly of the dataset aimed to evaluate the information related to those variables through exploratory data analysis, enabling a basic understanding of characterization results of OPCs obtained in publications from different types, sources, years, and countries. The dataset provides a useful source of physicochemical characterization of ordinary cement, and the exploratory data analysis provided an understanding of central, dispersion, and data distribution with statistical metrics of each variable and their pair-wise correlations in the assembled dataset. The constructed dataset and its analysis are a starting point to further data, studies, and artificial intelligence models to provide a broader global view of the production and properties of ordinary Portland cement.