Carlos Chastre

O desenvolvimento da engenharia de estruturas tem tido grandes avanços nas últimas décadas, baseados em novos meios de cálculo e na investigação em novos materiais e tecnologias a eles associadas. Por sua vez, as atividades de reparação e reforço têm vindo a incrementar devido ao envelhecimento e à degradação das estruturas de betão, o que consequentemente tem dado origem ao aparecimento de novos materiais e tecnologias de reparação e reforço de estruturas. A utilização destes novos materiais na construção tem vindo a substituir outros materiais e técnicas existentes, requerendo, no entanto, mais estudos sobre o seu real comportamento quer em termos de caracteristicas mecânicas quer em termos de durabilidade.

Os edifícios históricos como os palácios, castelos, igrejas e templos, são exemplos do património construído e constituem uma parte importante do nosso património cultural. Estas construções históricas incluem normalmente paredes de alvenaria maciça e pedra natural. A salvaguarda do património construído em pedra é de importância inquestionável, pelo que devem ser desenvolvidas e estudadas técnicas de intervenção adequadas em materiais e estruturas. Neste artigo, é apresentada uma metodologia de ensaios não destrutivos para avaliar a conservação de edifícios históricos de pedra e, com base nesta metodologia, é mostrado um caso de estudo na Igreja de São Leonardo, monumento português construído na Atouguia da Baleia no século XIII.

This paper investigates whether the model uncertainty of reinforced recycled aggregate concrete (RAC) beams subjected to bending differs from that of reinforced natural aggregate concrete (NAC) beams. An introductory remark concerning the importance of the codification of RAC structural design is made and notions concerning model uncertainties and their role on structural codification are given. Afterwards, the criteria used in the construction of a database of RAC and NAC beams are referred before presenting the key findings of an analysis on the model uncertainty of the cracking, yielding and ultimate moments of beams subjected to four-point bending tests. The analytical moments were calculated following Eurocode 2 provisions. Probabilistic models for model uncertainties are proposed. Negligible differences in the model uncertainty of NAC and RAC beams are reported.

Nas últimas décadas, os estudos sobre o desempenho de vigas de betão armado (BA) reforçadas com materiais compósitos de matriz polimérica têm aumentado. Porém, muitas dúvidas e questões persistem, fazendo realçar algumas lacunas sobre o conhecimento adquirido. Um desses aspetos reside na forma de modelar a ligação entre o compósito e o betão. É também sabido que a modelação da abertura de fendas no betão (discreta ou distribuída numa banda) influência o desempenho da ligação entre os materiais colados.
Nesse sentido, apresentam-se, neste trabalho, os resultados numéricos obtidos da modelação numérica não-linear a 3D de vigas de BA sujeitas a flexão de 4 pontos. Os resultados numéricos são confrontados com os experimentais e os diferentes parâmetros que influenciam a ligação analisados e discutidos.

Desde que o reforço estrutural começou a utilizar materiais de matriz polimérica reforçada com fibras (FRP) que o fenómeno do descolamento prematuro dos compósitos de FRP da superfície colada tem merecido especial atenção de vários autores. O conhecimento do processo de descolamento completo da ligação CFRP/betão ganhou assim, algum destaque nos últimos anos. Na generalidade, as ligações CFRP/betão têm sido analisadas com recurso métodos analíticos e numéricos sendo que, nos primeiros, se tem vindo a adoptar leis de aderência muito simplificadas das observadas experimentalmente. Apesar das simplificações adoptas nas análises analíticas, as expressões obtidas são muito importantes já que têm grande potencial em serem adoptadas pelos códigos ou normas nacionais e/ou interncionais. Por outro lado, e apesar de adoptarem leis de aderência mais refinadas, as análises numéricas permitem apenas a obtenção de expressões empíricas que podem não contemplar a generalidade dos casos estudados. Neste sentido, este trabalho apresenta um conjunto de soluções analíticas com base numa lei de aderência exponencial capaz de representar todas as não-linearidades envolvidas no descolamento da ligação CFRP/betão. Os resultados analíticos são confrontados com ensaios experimentais em que a técnica de colagem EBR foi utilizada. Contudo, o modelo analítico proposto pode ser também utilizado quando a técnica Near Surface Mounted (NSM) é adoptada. Adicionalmente, são apresentadas soluções analíticas para o caso em que o deslocamento relativo entre o CFRP e o betão é restringido por, e.g., um dispositivo de amarração mecânica instalado na extremidade oposta à aplicação de carga.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um software para análise de torres treliçadas em concreto armado, pós-tensionada por tirantes externos, com a finalidade de suporte para turbinas eólicas de eixo horizontal, em ambiente offshore. A torre está sujeita às ações gravitacionais, aerodinâmicas, hidrodinâmicas. Desenvolveu-se um código computacional, em linguagem MATLAB, específico para este tipo de torre. As dificuldades de uma análise tridimensional mais complexa foram reduzidas propondo-se um modelo simplificado bi-dimensional utilizando-se elementos de pórtico plano. As cargas de vento são variadas segundo o espectro de von Karman. Para as ondas marítimas e correntes são implementados o espectro de Pierson-Moskowitz e o de JONSWAP. As cargas hidrodinâmicas são avaliadas pela equação de Morison. Estas cargas são integradas ao longo dos elementos estruturais e transformadas em cargas nodais equivalentes, de acordo com o proposto por Souza. A análise é realizada no domínio do tempo com algoritmo de Newmark. Este software, por ser específico para este tipo de torre, possui facilidades na introdução de dados e na modelagem da estrutura. Com estas estratégias o modelo apresentou bons resultados para a avaliação de cargas, cálculo de freqüências naturais, resposta de deslocamentos, esforços e reações.

The paper presents a nonlinear analytical solution for the prediction of the full-range debonding response of mechanically-anchored FRP composites from the substrate. The nonlinear analytical approach predicts, for any monotonic loading history or bonded length the relative displacements (or slips) between materials, the strains in the FRP composite, the bond stresses within the interface and the stresses developed in the substrate. The load-slip responses FRP-to-substrate interfaces with a short and a long bonded lengths are motive of analysis and discussion. The solutions obtained from the proposed approach are also compared with other experimental results found in the literature.

This article presents a nonlinear analytical solution for the prediction of the full-range debonding response of mechanically anchored, fiber-reinforced polymer (FRP) composites from the substrate. The nonlinear analytical approach predicts, for any monotonic loading history or bonded length, the relative displacements (or slips) between materials, the strains in the FRP composite, the bond stresses within the interface, and the stresses developed in the substrate. The load-slip responses of FRP-to-substrate interfaces with short and long bonded lengths are motives of analysis and discussion. The solutions obtained from the proposed approach are also compared with other experimental results found in the literature.

No património edificado português as rochas granulares assumem importância relevante nos elementos construtivos presentes no património histórico e cultural, nomeadamente as pedras graníticas e areníticas. Tendo por objectivo a avaliação do comportamento mecânico de rochas granulares presentes no património edificado histórico foi realizado um estudo de investigação experimental sobre amostras dos litótipos seleccionados e que são representativos de rochas presentes no próprio edificado, em termos de propriedades petrográficas, físicas e mecânicas. Neste artigo apresenta-se um modelo analítico definido com base em ensaios experimentais que permite efectuar a simulação do comportamento das rochas em compressão uniaxial (diagramas de tensão-deformação), função de propriedades físicas e mecânicas obtidas através de ensaios não destrutivos e quasi não destrutivos. Este modelo permite desta forma a avaliação do comportamento mecânico de rochas granulares sem afectar a integridade do património histórico.

The strengthening of reinforced concrete structures by means of externally bonded fibre reinforced polymers (FRPs) is now routinely considered and applied in the retrofit or strengthening of structures. FRP composites have received a considerable attention from civil engineers in recent years due to the high strength-weight and stiffness/weight ratios when compared to other materials. However, when FRP composites are bonded to a concrete surface, there is a persistent potential problem that the FRP plates may debond prematurely from the concrete. This is a very important issue for the engineers who have to focus on the computational modelling of this phenomenon. Some studies can be found in literature on computational modelling. However, there is very little information about the best modelling of the interface between FRP composites and concrete and this work is intended to help bridge this gap. The computational analysis presented here is based on three-dimensional software which assumes the smeared crack model, and the interface finite elements (FEs) used have a rupture criteria based on the Mohr-Coulomb criterion with tension cut-off. The definition of these FEs was based on double shear tests that were performed specifically for this purpose and they have shown that the debonding phenomenon can be predicted with some accuracy. In total, 10 double shear models were studied and the results were compared with the 21 experimental tests performed. The double shear tests consisted of applying loads to 2 layered GFRP laminates bonded to a 150 mm concrete cube with a bonded area of 150 × 80 mm (length × width). Double shear models with and without a gap interface were considered in order to emphasize the importance of modelling the GFRP-to-concrete interface with interface finite elements. The effect of the concrete strength on the interface performance was also considered. An externally bonded reinforcement (EBR) concrete T-beam strengthened with 2 GFRP layers is presented to illustrate the application of the method. The wet lay-up technique was used for the external reinforcement of a reinforced concrete T-beam and then tested under a four point bending test until rupture. The results are reported and differences between the numerical and the experimental results are discussed.

Building stones, particularly sandstone and granite, are very important in the building elements of Portugal’s historical and cultural heritage. Experimental research, based on uniaxial compressive tests, was carried out on selected representative samples of lithotypes of rocks used in historic built heritage, with a view to evaluating the compressive mechanical behaviour of different building stones. The results showed that porosity plays a central role in the compressive behaviour of granites and sandstones. As porosity can be evaluated in field conditions with non-destructive tests it was decided to derive an analytical model to predict compressive behaviour based on the knowledge of porosity of the building stones. A cubic polynomial function was adopted to describe the pre-peak regime under compression to implement the model. Furthermore, a statistical correlation between mechanical and porosity data had to be defined. Good agreement between experimental and analytical compressive stress–strain diagrams, from which the mechanical properties like compressive strength and modulus of elasticity can be derived, was achieved.

Deterioration of adhesively bonded CFRP/steel systems in salt fog environment, i.e., deicing salts and ocean environments, has to be taken into account in the design of steel strengthened structures. In the present work, monotonic and quasi-static cyclic loading were applied to CFRP-to-steel double strap joints for two kinds of CFRP laminates after being aged for a period of 5000 h to evaluate the bond behavior. The bonded joints exposed to salt fog had a different failure mode than that observed in the control specimens (0 h of exposure). The severe reduction of the maximum bond stress resulted from damage initiation that occurred in the corrosion region of the steel substrate, associated with final partial rupture on the corroded steel substrate around the edge of the bonded area: it was also correlated with reduced load carrying capacity. Results of pseudo-cyclic tests showed that the relationship between a local damage parameter (D) and normalized local dissipated energy (Wd/Gf) and the normalized slip increment (ΔS/ΔSult) exhibited almost the same trend in the un-aged and aged bonded joints. The normalized slip increment can be seen as a direct indicator for the local and global damage for the un-aged and aged bonded joints. However, monotonic and quasi-static cyclic tests results revealed that the stress concentration due to local corrosion of steel substrate could lead to brittle rupture or accelerated cumulative damage once the aged bonded interface had become weaker. The bonded joints have exhibited also a smaller relative deformation capacity between CFRP and steel.

The retrofit of reinforced concrete columns with FRP jackets has received considerable attention in recent years. The advantages of this technique compared to other similar techniques include the high strength-weight and stiffness-weight ratios of FRP (Fibre Reinforced Plastics), the strength and ductility increase of RC columns confined with FRP jackets as well as the fact that FRP external shells prevent or mitigate environmental degradation of the concrete and consequent corrosion of the steel reinforcement. Furthermore, this method also reduces the column transversal deformation and prevents the buckling of longitudinal reinforcement. Twenty five experimental tests were carried out on reinforced concrete columns confined with CFRP composites, and subjected to axial monotonic compression. In order to evaluate the influence of several parameters on the mechanical behavior of the columns, the height of the columns was maintained, while changing other parameters: the diameter of the columns, the type of material (plain or reinforced concrete), the steel hoop spacing of the RC columns and the number of CFRP layers. Predictive equations, based on the experimental analysis, are proposed to estimate the compressive strength of the confined concrete, the maximum axial load and the axial or the lateral failure strain of circular RC columns jacketed with CFRP. A stress-strain model for CFRP confined concrete in compression, which considers the effect of the CFRP and the transversal reinforcement on the confined compressive strength of the column is also proposed. The curves, axial load versus axial or lateral strain of the RC column, are simulated based on the stress-strain model and include the longitudinal reinforcement effect. The results demonstrate that the model and the predictive equations represent very well the axial compression behavior of RC circular columns confined with CFRP. The applicability of this model to a large spectrum of RC column dimensions is its main advantage.

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