O concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) é um material compósito formado por uma matriz cimentícia e por uma certa quantidade de fibras aleatoriamente dispersas. Buscou-se neste estudo “construir” um modelo constitutivo capaz de representar o comportamento do CRFA e cuja formulação está fundamentada na Teoria da Homogeneização, no Método dos Elementos Finitos (MEF), como também em observações experimentais disponíveis na literatura. Na primeira etapa do trabalho foram desenvolvidos estudos visando a análise do comportamento elástico e viscoelástico do CRFA. Inicialmente, o comportamento elástico linear foi investigado através da aplicação do esquema de homogeneização de Mori-Tanaka, o qual é baseado nos resultados estabelecidos por Eshelby (1957). A precisão dos resultados obtidos pela abordagem analítica foi verificada pela comparação com a solução via MEF, bem como com os resultados experimentais disponíveis. As estimativas micromecânicas das propriedades elásticas efetivas se mostraram coerentes àquelas obtidas através de análise numérica de um volume elementar representativo (VER) do material, modelado como um meio heterogêneo, como também, aos dados experimentais. Posteriormente, a formulação do comportamento viscoelástico sem envelhecimento foi obtida fazendo-se uso da resposta em elasticidade e do Princípio da Correspondência Elástica-Viscoelástica. Os resultados obtidos foram comparados aos dados experimentais e a modelos analíticos disponíveis. Na segunda etapa do trabalho, as propriedades de resistência do CRFA foram investigadas empregando-se a abordagem estática da análise limite combinada à teoria da homogeneização. O critério de resistência macroscópico para o CRFA foi teoricamente obtido a partir do conhecimento da resistência dos seus constituintes, ou seja, da matriz de concreto e das fibras. Adotando-se o critério de ruptura de Drucker-Prager para a matriz de concreto e considerando-se distribuição espacial isotrópica das fibras através de um modelo aproximado, um critério aproximado para a estimativa das propriedades de resistência homogeneizadas foi formulado. A formulação do critério foi complementada através da consideração de um critério de cut-off em tração e das propriedades limitadas de resistência da interface. Os resultados analíticos foram comparados a resultados experimentais e àqueles obtidos na resolução numérica do problema de análise limite formulado sobre o VER do CRFA, através de uma ferramenta numérica baseada no MEF no contexto da plasticidade. A comparação permitiu avaliar a influência da anisotropia do modelo aproximado empregado, como também da geometria real das fibras sobre a resistência do compósito. / Steel fiber reinforced concrete (SFRC) is a composite material formed by a cement matrix and a certain amount of randomly dispersed fibers. The main objective of the present work is the formulation of a comprehensive constitutive model for SFRC behavior that relies upon homogenization theory, finite element method (FEM) and taking advantage of experimental data available in the literature as well. The first part of the work is devoted to the assessment of elastic and viscoelastic behavior of SFRC. The study starts with the analysis of linear elastic behavior by implementation of a Mori-Tanaka homogenization scheme, which is based on the Eshelby equivalent inclusion approach. It was found that the micromechanical predictions for the overall stiffness proved to be considerably close to the experimental data, as well as to the finite element solutions obtained from numerical analysis of a representative elementary volume (REV) of SFRC (modeled as a randomly heterogeneous medium). Subsequently, the formulation of the nonaging viscoelastic behavior is carried out by making use of results from Elasticity and the Elastic-Viscoelastic Correspondence Principle. The results are compared to available experimental data and analytical models. The second part of the work focuses on the assessment of macroscopic strength properties of fiber reinforced concrete (FRC). Combining the static approach of limit analysis and the homogenization theory, the macroscopic strength criterion for SFRC was theoretically obtained from the knowledge of the strength properties of the individual constituents (concrete matrix and fibers). Adopting a Drucker-Prager failure condition for the concrete matrix and adopting a simplified geometrical model for fiber orientations and length, an approximate criterion was formulated for the overall strength properties. This formulation was complemented by considering a tensile cut-off condition for the concrete and limited strength properties for the interface. The analytical results were compared to experimental data and also to results obtained from a numeric resolution of the problem of limit analysis stated on the REV the material by means of a specifically devised Finite Element numerical tool in the plasticity context. The comparison allowed investigating the influence of the anisotropy of the employed approximate model, as well as the real fiber morphology on the composite strength properties.

Este trabalho apresenta um estudo para a previsão de comportamento quanto à fissuração e seu controle pelo uso das fibras de aço, em elementos de superfície de concreto restringidos, ou seja, submetidos às tensões de tração induzidas pela retração restringida. Neste estudo, foi desenvolvido um método analítico para calcular o consumo de um determinado tipo de fibra de aço em função do potencial de retração da matriz de concreto e da máxima abertura de fissura, determinada em função de parâmetros de durabilidade e aceitabilidade sensorial. Posteriormente, foram realizados ensaios para caracterização do potencial de fissuração de matrizes de concreto utilizadas em obras de elementos de superfície, onde testou-se um método de estimativa das tensões induzidas por retração restringida no concreto, no momento da primeira fissura. Na etapa final do trabalho, foi realizado um programa experimental, com a construção de pistas de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), com consumos de fibras de 10 kg/m3, 30 kg/m3 e 60 kg/m3, construídas sobre bases com duas condições de restrição: superfície desempenada e superfície jateada com exposição dos agregados. A fissuração destas pistas, nas primeiras idades, foi monitorada através da medida da abertura e do comprimento das fissuras. Com os resultados desta etapa experimental, foi realizada uma retroanálise do método onde concluiu-se que a consideração de valores característicos na previsão da resistência à tração do concreto era um ajuste necessário e coerente com a observação prática. Com o ajuste, os resultados experimentais de abertura de fissura ficaram dentro da faixa de previsibilidade do método, considerando um intervalo de confiança de 90%. Com o desenvolvimento deste método, buscou-se contribuir para a aplicação do CRFA no controle da fissuração por retração restringida de elementos de superfície, ampliando a fronteira do conhecimento no aspecto da escolha e dosagem da fibra para um determinado desempenho esperado quanto à fissuração. / This work presents a study for crack prediction and use of steel fibers to crack control in concrete surface elements submitted to tension stress induced by restrained shrinkage. In this study, a method was developed where a certain steel fiber type could be quantified, as function of concrete matrix shrinkage potential and maximum crack width, determined from human sensorial and durability criteria. Afterwards, an experimental program was done in order to characterize the crack potential of concrete matrices commonly used in surface elements. In this program, a method to predict tension stress induced by restrained shrinkage, at first crack moment, was tested. In the final step of this work, another experimental program was done, where steel fiber reinforced concrete (SFRC) tracks were built, with fiber contents of 10 kg/m3, 30 kg/m3 and 60 kg/m3, over substrates with two restriction conditions: smooth surface and rough surface, with exposition of surface aggregates. Lengths and widths of the early age shrinkage cracks in the tracks were monitored. The results obtained in this program were useful to analyze the method, adjusting it with the consideration of characteristic values in prediction of tension strength. With this adjust, experimental crack width results were more compatible with 90% confidence interval for crack width values predicted by the method. With this study, the goal was the contribution to use SFRC in the control of restrained shrinkage cracks in surface elements, amplifying the knowledge border in the aspect of fiber selection and proportioning, for a determined and expected performance in terms of crack width.

Orientador: Newton de Oliveira Pinto Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:06:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_Eduardo_M.pdf: 25185254 bytes, checksum: 7474c91f52a8871bcfb855ccfe3c27b7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) tem seu principal campo de aplicação nos pisos industriais e pavimentos. Em função das características de redistribuição de esforços que apresentam tais estruturas - placas apoiadas sobre uma base elástica - é possível a substituição total das armaduras convencionais pelas fibras de aço, acelerando o processo executivo e garantindo sua segurança e durabilidade. A introdução das fibras de aço nos concretos tem como principal função modificar o comportamento do compósito quando solicitado a esforços de flexão, transformando um material de natureza frágil em dúctil, ou seja, com capacidade de absorção de energia. A ductilidade desse compósito é usualmente quantificada pela medida de tenacidade do material em ensaios de tração na flexão, obtida com velocidade de deformação controlada, condição fundamental para avaliação do comportamento do compósito após sua fissuração. É importante salientar que a tenacidade do CRFA é fortemente influenciada pela distribuição das fibras na matriz de concreto, distribuição esta que é sensivelmente diferente em corpos de prova prismáticos moldados, utilizados para o controle de qualidade da obra, do que a encontrada nas estruturas dos pisos ou pavimentos. As propriedades do CRFA são expressas assumindo essa distribuição randomizada das fibras. Não obstante, em corpos de prova de tamanhos padronizados, ocorrem os efeitos de parede, também chamados de efeitos de borda. Esses efeitos consistem no alinhamento das fibras junto ao fundo e às laterais do corpo de prova, tornando o arranjo das fibras de aço nesses locais comprometido em virtude desses efeitos de parede. Com isto ocorre um aumento induzido no desempenho do compósito dado o alinhamento das fibras à direção principal de tensão durante a flexão. Buscando analisar a influência que a distribuição das fibras tem sobre a tenacidade do material, foram moldadas placas com dimensões que simulem os pisos e pavimentos (com três distintos teores de fibras: 20, 30 e 40 kg/m³), das quais foram extraídos prismas para determinação da suas tenacidades, que serão comparadas com as obtidas em prismas moldados. Os resultados foram cotejados estatisticamente, através da análise de variância, para estabelecimento das correlações existentes e suas influências sobre a tenacidade do compósito. Não há norma nacional para ensaios e utilização do CRFA que especifiquem e normatizem o seu uso. Dessa maneira, em virtude dos resultados dos valores de tenacidade terem sido com grande variabilidade, propusemos valores característicos para serem utilizados no controle executivo de obra / Abstract: The steel fiber reinforced concrete (SFRC) has in the industrial slabs-on-ground and the pavements its main field of application. Regarding the features of such structures and the redistribution of the resulting forces - slabs supported on elastic base - the complete substitution of the conventional armors for steel fibers has been possible saving time of the executive process, nevertheless security and durability also guaranteed. The introduction of steel fibers in the concrete has the mainly feature of modifying the behavior of the composite when requested the flexural efforts, transforming a material of fragile nature into ductile, which means; with capacity of energy absorption. The ductility of this composite usually is quantified by the measurement of the thoughness of the material in tensile stress in the flexural tests, obtained by controlled speed deformation, basic condition for evaluation of the behavior of the composite afterwards fissuration. It is important to point out that the toughness of the SFRC is mainly influenced by the distribution of fibers in the concrete matrix, distribution that is significantly different in prismatic specimen molded, used for the control of the quality of the construction, of what found in the structures of the slabs-on-ground and the pavements. The properties of the SFRC are express assuming this randomly distribution of the fibers. However, in specimen of standard sizes the wall effect occurs, also calls of edge effect. These effects consist in the alignment of the fibers next to botton and to the laterals of the specimen. This occurs with an induced increase in the performance of the composite given the alignment of fibers on the main direction of tension during flexion. In this way, an induced increase in the performance of the composite given the alignment of staple fibers to the main direction of tension occurs during the flexural test, becoming the arrangement of steel fibers in these places compromised due to these wall effects. Searching to analyze the influence that the distribution of staple fibers has on the toughness of the material, plates with dimensions were molded that simulate the slabs-onground and pavements (with three distinct staple fiber texts: 20, 30 and 40 kg/m³), of which prisms for determination of its toughness will be extracted, that will be compared with the gotten ones in molded specimen. The results will be statistically analyzed through the analysis of variance for establishment of the existing correlations and its influences on the toughness of the composite. There is no national standard for testing and use of the SFRC that specify and regulate their use. Thus, given the results of toughness values have been with great variability, we propose characteristic values for the application in executive control of building works / Mestrado / Arquitetura e Construção / Mestre em Engenharia Civil

The project developed in the framework of engineering degree in Mechanical Engineering Technology presents experiment welding of high strength steels Docol using a fiber laser. The work is a literature review describing the properties of welded materials, principles and different types of lasers and laser welding technology. In the experimental part, the validation set welding parameters. Finally, work is the evaluation of experiments.

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[pt] Este trabalho apresenta um estudo experimental de vigas curtas de concreto com fibras de aço sujeitas à flexão. Foram ensaiadas no LEM-DEC da PUC-Rio 24 vigas de concreto com fibras de aço com variação do comprimento dos vãos e do consumo de fibras. As vigas foram divididas em dois grupos, sendo o grupo I composto de 12 vigas com consumo de fibras de 40 kg/m3 e o grupo II por 12 vigas com consumo de fibras de 60 kg/m3. Para cada grupo foram executadas quatro vigas com vão de 300 mm, quatro com vão de 500 mm e quatro com vão de 800 mm, com seção transversal de 15 cm x 15 cm para estudo do efeito escala. As vigas foram submetidas à flexão e, através de gráficos, foram avaliados o comportamento da tensão tangencial, momento de flexão, energia de deformação, tenacidade, efeito escala e energia de fratura. Os gráficos obtidos permitem avaliar a influência das fibras para cada parâmetro supracitado. O grupo II apresentou maior resistência, sendo essa diferença pouco significativa. Entretanto, observa-se que, quanto menor o vão maior a influência das fibras, sendo esse acréscimo de 35 porcento para o vão de 300 mm, 30 porcento para o vão de 500 mm e 24 porcento para o vão de 800 mm. O maior consumo de fibras conferiu à matriz maior resistência à flexão e ao cisalhamento, mostrando sempre maior influência para os vãos menores. A energia de deformação e a energia de fratura apresentam diferença considerável para os vãos menores, chegando quase a se igualar nos dois grupos para o vão de 800 mm. Um aumento de desempenho foi observado na análise da tenacidade para o maior vão e houve uma diminuição desse desempenho para o vão de 300 mm. O efeito escala está presente no estudo, mostrando diminuição na resistência à tração com o aumento do vão. / [en] This paper presents an experimental study on short concrete beams reinforced with steel fibers in bending stress. A total of 24 reinforced concrete beams with steel fibers was tested at the LEM-DEC PUC-Rio with variations of length and fiber volume fraction. Two groups were created, group I, consisting of 12 beams with 40 kg/m3 of steel fibers and group II with 12 beams with 60 kg/m3 of steel fibers. In each group four beams with a length of 300 mm, four beams with a length of 500 mm and four beams with a length of 800 mm with cross section of 15 cm x 15 cm were tested with the purpose of investigating the scale effect in this case. The beams were submitted to bending aiming at investigating shear stresses, bending stresses, strain energy, toughness, scale effect and fracture energy. Comparative graphics were made to analyze the influence of the fibers on the reinforced concrete behavior regarding each parameter selected. Group II showed higher resistance, but not significantly. However the smaller the length the larger the influence of the fibers; 35 percent for the length of 300 mm, 30 percent for the length of 500 mm and 24 percent for the length of 800 mm. The largest fiber volume fraction gave the concrete higher resistance when submitted to bending and shear, even more noticeable for the smaller lengths. The strain and fracture energy, however, shows considerable difference for smaller lengths, being almost the same in the two groups for the 800 mm beam. Toughness shows improvement in the longer beam and a decline in the shorter one from group II. The traction resistance shows decline as the length rises, presenting the scale effect in the study.

Nas últimas décadas, a utilização de fibras de aço no reforço de elementos de concreto tem aumentado significativamente no cenário nacional e mesmo internacional, pois esta utilização melhora em muito as propriedades do material resultante, reduzindo sua fragilidade característica perante esforços de tração. Embora muito se conheça a respeito do comportamento de concretos reforçados com fibras sob solicitações uniaxiais, é sempre desejável que se possa prever adequadamente um comportamento mais amplo dos elementos feitos com tais materiais. Sendo assim, uma das soluções práticas para este tipo de questão seria a realização de ensaios sob solicitações biaxiais. No entanto, este tipo de análise se torna inviável em muitos casos, devido à falta de equipamentos adequados para sua realização. Assim, buscando-se colaborar com um melhor conhecimento dos concretos reforçados com fibras, o presente trabalho procurou desenvolver aparatos de ensaio de baixo custo capazes de solicitar corpos-de-prova em duas direções ortogonais. O comportamento do concreto reforçado com frações volumétricas de 0,5%, 1,0% e 1,5% de fibra foi, desta forma, avaliado a partir das seguintes proporções entre as tensões principais: ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1; ơ2 / ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. A partir das informações de resistência última e das deformações específicas obtidas nos ensaios, foi possível traçar as curvas de ruptura e analisar os padrões de ruptura do concreto reforçado com fibras de aço. Como esperado, os resultados obtidos nos ensaios mostraram que, sob estados de tensões biaxiais, ocorreu um aumento da resistência última e da rigidez do concreto para todas as relações de tensão analisadas ( ơ2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). O aumento da resistência última em compressão biaxial, quando comparado ao concreto sob compressão uniaxial, foi de aproximadamente 20% para o concreto simples e, devido à adição de fibra, foi de aproximadamente 95% para uma relação de tensão igual a ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1. / In the last decades, the use of steel fibers to reinforce concrete elements has been significantly increased in the national scenario and even internationally, since its usage considerably improves the resulting material’s properties, reducing its characteristic fragility under tension. Although much is already known about the behavior of fiber reinforced concretes under uniaxial forces, a better understanding of the behavior of elements made of such materials is always desired. Therefore, a practical solution for this kind of problem would be to undertake biaxial tests. Nevertheless, this type of analysis sometimes turns out to be unviable because of the lack of adequate equipment for its realization. In this way, in an attempt to contribute with a better understanding of the fiber reinforced concretes, the present work tried to develop low-cost apparatuses capable of orthogonally loading specimens in two directions. The behavior of concrete reinforced with fiber volumetric fractions of 0.5%, 1.0%, and 1.5% was, therefore, evaluated under the following principal stresses’ proportions: ơ 2/ ơ 1 = ơ/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0.2/-1; ơ 2/ơ 1 = -0.5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. From the ultimate strength values and from the obtained strains in the carried out tests, the rupture curves were possible to be plot, and the rupture modes and patterns of the fiber reinforced concretes were possible to be analyzed. As expected, the obtained results in the tests showed that, under biaxial stress states, an increase in ultimate strengths and stiffness of concretes for all the stress relations analyzed occurred ( ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ơ 1 = -0,2/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). The increase in the ultimate strength in biaxial compression, when compared with concrete under uniaxial compression, was of about 20% for plain concrete and, due to the addition of fibers, about 95% for a stress relation equals to ơ 2/ ơ 1 = -0.5/-1.

Nas últimas décadas, a utilização de fibras de aço no reforço de elementos de concreto tem aumentado significativamente no cenário nacional e mesmo internacional, pois esta utilização melhora em muito as propriedades do material resultante, reduzindo sua fragilidade característica perante esforços de tração. Embora muito se conheça a respeito do comportamento de concretos reforçados com fibras sob solicitações uniaxiais, é sempre desejável que se possa prever adequadamente um comportamento mais amplo dos elementos feitos com tais materiais. Sendo assim, uma das soluções práticas para este tipo de questão seria a realização de ensaios sob solicitações biaxiais. No entanto, este tipo de análise se torna inviável em muitos casos, devido à falta de equipamentos adequados para sua realização. Assim, buscando-se colaborar com um melhor conhecimento dos concretos reforçados com fibras, o presente trabalho procurou desenvolver aparatos de ensaio de baixo custo capazes de solicitar corpos-de-prova em duas direções ortogonais. O comportamento do concreto reforçado com frações volumétricas de 0,5%, 1,0% e 1,5% de fibra foi, desta forma, avaliado a partir das seguintes proporções entre as tensões principais: ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1; ơ2 / ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. A partir das informações de resistência última e das deformações específicas obtidas nos ensaios, foi possível traçar as curvas de ruptura e analisar os padrões de ruptura do concreto reforçado com fibras de aço. Como esperado, os resultados obtidos nos ensaios mostraram que, sob estados de tensões biaxiais, ocorreu um aumento da resistência última e da rigidez do concreto para todas as relações de tensão analisadas ( ơ2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). O aumento da resistência última em compressão biaxial, quando comparado ao concreto sob compressão uniaxial, foi de aproximadamente 20% para o concreto simples e, devido à adição de fibra, foi de aproximadamente 95% para uma relação de tensão igual a ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1. / In the last decades, the use of steel fibers to reinforce concrete elements has been significantly increased in the national scenario and even internationally, since its usage considerably improves the resulting material’s properties, reducing its characteristic fragility under tension. Although much is already known about the behavior of fiber reinforced concretes under uniaxial forces, a better understanding of the behavior of elements made of such materials is always desired. Therefore, a practical solution for this kind of problem would be to undertake biaxial tests. Nevertheless, this type of analysis sometimes turns out to be unviable because of the lack of adequate equipment for its realization. In this way, in an attempt to contribute with a better understanding of the fiber reinforced concretes, the present work tried to develop low-cost apparatuses capable of orthogonally loading specimens in two directions. The behavior of concrete reinforced with fiber volumetric fractions of 0.5%, 1.0%, and 1.5% was, therefore, evaluated under the following principal stresses’ proportions: ơ 2/ ơ 1 = ơ/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0.2/-1; ơ 2/ơ 1 = -0.5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. From the ultimate strength values and from the obtained strains in the carried out tests, the rupture curves were possible to be plot, and the rupture modes and patterns of the fiber reinforced concretes were possible to be analyzed. As expected, the obtained results in the tests showed that, under biaxial stress states, an increase in ultimate strengths and stiffness of concretes for all the stress relations analyzed occurred ( ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ơ 1 = -0,2/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). The increase in the ultimate strength in biaxial compression, when compared with concrete under uniaxial compression, was of about 20% for plain concrete and, due to the addition of fibers, about 95% for a stress relation equals to ơ 2/ ơ 1 = -0.5/-1.

Nas últimas décadas, a utilização de fibras de aço no reforço de elementos de concreto tem aumentado significativamente no cenário nacional e mesmo internacional, pois esta utilização melhora em muito as propriedades do material resultante, reduzindo sua fragilidade característica perante esforços de tração. Embora muito se conheça a respeito do comportamento de concretos reforçados com fibras sob solicitações uniaxiais, é sempre desejável que se possa prever adequadamente um comportamento mais amplo dos elementos feitos com tais materiais. Sendo assim, uma das soluções práticas para este tipo de questão seria a realização de ensaios sob solicitações biaxiais. No entanto, este tipo de análise se torna inviável em muitos casos, devido à falta de equipamentos adequados para sua realização. Assim, buscando-se colaborar com um melhor conhecimento dos concretos reforçados com fibras, o presente trabalho procurou desenvolver aparatos de ensaio de baixo custo capazes de solicitar corpos-de-prova em duas direções ortogonais. O comportamento do concreto reforçado com frações volumétricas de 0,5%, 1,0% e 1,5% de fibra foi, desta forma, avaliado a partir das seguintes proporções entre as tensões principais: ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1; ơ2 / ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. A partir das informações de resistência última e das deformações específicas obtidas nos ensaios, foi possível traçar as curvas de ruptura e analisar os padrões de ruptura do concreto reforçado com fibras de aço. Como esperado, os resultados obtidos nos ensaios mostraram que, sob estados de tensões biaxiais, ocorreu um aumento da resistência última e da rigidez do concreto para todas as relações de tensão analisadas ( ơ2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). O aumento da resistência última em compressão biaxial, quando comparado ao concreto sob compressão uniaxial, foi de aproximadamente 20% para o concreto simples e, devido à adição de fibra, foi de aproximadamente 95% para uma relação de tensão igual a ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1. / In the last decades, the use of steel fibers to reinforce concrete elements has been significantly increased in the national scenario and even internationally, since its usage considerably improves the resulting material’s properties, reducing its characteristic fragility under tension. Although much is already known about the behavior of fiber reinforced concretes under uniaxial forces, a better understanding of the behavior of elements made of such materials is always desired. Therefore, a practical solution for this kind of problem would be to undertake biaxial tests. Nevertheless, this type of analysis sometimes turns out to be unviable because of the lack of adequate equipment for its realization. In this way, in an attempt to contribute with a better understanding of the fiber reinforced concretes, the present work tried to develop low-cost apparatuses capable of orthogonally loading specimens in two directions. The behavior of concrete reinforced with fiber volumetric fractions of 0.5%, 1.0%, and 1.5% was, therefore, evaluated under the following principal stresses’ proportions: ơ 2/ ơ 1 = ơ/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0.2/-1; ơ 2/ơ 1 = -0.5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. From the ultimate strength values and from the obtained strains in the carried out tests, the rupture curves were possible to be plot, and the rupture modes and patterns of the fiber reinforced concretes were possible to be analyzed. As expected, the obtained results in the tests showed that, under biaxial stress states, an increase in ultimate strengths and stiffness of concretes for all the stress relations analyzed occurred ( ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ơ 1 = -0,2/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). The increase in the ultimate strength in biaxial compression, when compared with concrete under uniaxial compression, was of about 20% for plain concrete and, due to the addition of fibers, about 95% for a stress relation equals to ơ 2/ ơ 1 = -0.5/-1.

Neste trabalho foi desenvolvida uma pesquisa experimental para avaliar a influência da adição de fibras de aço na resistência ao cisalhamento e modo de ruptura de vigas de concreto armado. Os efeitos da adição de fibras na resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e tenacidade também foram analisados. O programa experimental consistiu na moldagem de 12 vigas de concreto armado sem estribos na região dos esforços cortantes. Para todas as vigas foram moldados seis corpos de prova cilíndricos e para as vigas com fibras foram moldados três corpos de prova prismáticos para realização do ensaio ASTM C1609. Foram consideradas duas classes de resistência à compressão do concreto (20 MPa e 40 MPa), duas taxas de armadura longitudinal de tração (1,32 % e 1,55 %) e três teores de fibras em volume ( 0 %; 0,64 % e 0,77 %). As vigas foram ensaiadas à flexão em quatro pontos. Os resultados experimentais encontrados indicaram que o uso de fibras de aço com ganchos nas extremidades aumenta a resistência ao cisalhamento das vigas e altera o padrão de fissuração proporcionando uma ruptura mais avisada. Os resultados de força cortante última foram comparados com os valores teóricos estimados pelo ACI 318, ABNT NBR 6118 e com cinco modelos existentes na literatura cientifica desenvolvidos para estimar a resistência ao cisalhamento de vigas com fibras de aço. Enquanto o ACI 318 e a ABNT NBR 6118 subestimaram a resistência ao cisalhamento das vigas com fibras, o modelo de Kwak et al. (2002) que considera as propriedades mecânicas do concreto e as características das fibras apresentou resultados teóricos próximos aos resultados experimentais. Este resultado demonstrou a necessidade da utilização de outros parâmetros além da resistência à tração do concreto para prever a resistência ao cisalhamento de vigas de concreto com fibras. A influência da adição de fibras na resistência à compressão foi insignificante. A magnitude do efeito da adição de fibras na resistência à tração por compressão diametral e tenacidade foi dependente da classe de resistência do concreto. / In this work, an experimental research was developed to evaluate the influence of the addition of steel fibers on the shear strength and rupture mode of reinforced concrete beams. The effects of fiber addition on compressive strength, splitting tensile strength and toughness were also analyzed. The experimental program consisted of the cast of 12 reinforced concrete beams without stirrups in the region of the shear forces. Six cylindrical specimens were molded to all beams. For the beams with fibers, three prismatic specimens were casted to the ASTM C1609 test. Two classes of compressive strength of concrete (20 MPa and 40 MPa), two longitudinal tensile reinforcement ratio (1.32 % and 1.55 %) and three fiber contents in volume (0 % , 0.64 % And 0.77 %) were utilized. The four point bending tests were performed. The experimental results showed that the use of hooked steel fibers increases the shear strength of the beams and alters the cracking pattern providing some warning about the imminence of failure. The results of peak shear load were compared with the theoretical values estimated by the ACI 318, ABNT NBR 6118 and by five models published in the scientific literature developed to estimate the shear strength of beams with steel fibers. While the ACI 318 and ABNT NBR 6118 underestimated the shear strength of the beams with fibers, the Kwak et al. (2002) model that considered the mechanical properties of the concrete and the characteristics of the fibers presented theoretical results close to the experimental results of the beams. This result demonstrated the need for the use of parameters other than the tensile strength of concrete to predict the shear strength of concrete beams with fibers. The influence of the addition of fibers on the compressive strength was insignificant. The magnitude of the effect of the steel fibers on splitting tensile strength and toughness was dependent on the strength class of the concrete. / Dissertação (Mestrado)