[pt] Esta pesquisa tem por objetivo a análise experimental do comportamento à flexão, a curto e longo prazo, de vigas de seção I de concreto reforçado com tecido de carbono (Textile Reinforced Concrete - TRC). Foram utilizados quatro tipos de tecido de carbono, sendo eles diferenciados pelas dimensões da malha e seção transversal dos cordões, assim como pelo revestimento do tecido. As amostras foram identificadas de acordo com o nome do revestimento, sendo eles de estireno butadieno (SBR) e SBR com impregnação de areia (SND), acrilato (ACR) e epóxi (EPX). Inicialmente, foram realizados ensaios de flexão em quatro pontos nas vigas, considerando o tecido SBR e as seguintes condições: (a) matriz cimentícia simples; (b) matriz simples e têxtil revestido de areia; e (c) matriz strain hardening cement‐based composite (SHCC). O principal objetivo foi correlacionar as melhorias nas propriedades da interface e da matriz com o padrão de fissuração, modo de falha e ductilidade. Foi utilizado um método teórico para avaliação do comportamento à flexão das vigas, que obteve boa concordância com os resultados experimentais. Na etapa seguinte, as propriedades mecânicas de diferentes tipos de TRC e sua interface foram estudadas através de ensaios de tração direta, arrancamento e compressão. A influência de diferentes configurações de ensaio e a eficácia dos parâmetros obtidos nestes ensaios foram verificados para a previsão do desempenho de vigas de TRC ensaiadas em flexão de forma monotônica. O estudo foi capaz de indicar os métodos de caracterização mais adequados para derivar propriedades mecânicas a serem utilizadas em métodos analíticos, assim como a influência dos diferentes parâmetros de ensaio na capacidade de carga do compósito. Finalmente, foi investigado o comportamento de longo duração das vigas de seção sob carregamento permanente de 4 kN. Um modelo analítico foi usado para analisar os resultados em termos de módulo efetivo do tecido, resistência à tração do concreto e tensão nominal de aderência. O modelo mostrou que o tecido SBR é fortemente afetado pela carga permanente. As vigas SND, ACR e EPX formaram novas fissuras durante os ensaios de fluência e a redução do módulo efetivo observada não foi acompanhada pelo aumento da abertura da fissura. Confirmou-se a grande influência da adesão entre tecido e matriz na capacidade de carga do compósito, a diminuição da resistência da matriz devido à incorporação do tecido, bem como a divergência das condições dos ensaios de caracterização do compósito. / [en] The present research aims to perform an experimental investigation on the short and long-term flexural behavior of I-section textile reinforced concrete (TRC) beams. Four types of carbon fabric were used, differentiated by the mesh dimensions and yarn cross-section, as well as by the fabric coating. The samples were identified according to the name of the coating, being styrene butadiene rubber (SBR) and SBR impregnated with sand (SND), acrylate (ACR) and epoxy (EPX) resin. Initially, four‐point bending tests were performed in I‐beams, considering SBR fabric and the following conditions: (a) plain cementitious matrix; (b) plain matrix and sand‐coated textile; and (c) strain hardening cement‐based composite (SHCC) matrix. The main goal was to correlate the improvements on interface and matrix properties with the crack pattern, failure mode and ductility. A theoretical method was used to evaluate the flexural behavior of the beams and good agreement was achieved with the experimental results. In the next step, the mechanical properties of different types of carbon-TRC and their interface were studied through direct tensile, pullout and compression tests. The influence of different test configurations and the effectiveness of the parameters obtained in these tests were verified for the performance prediction of TRC beams tested in bending in a monotonic way. The study was able to indicate the most suitable characterization methods to derive mechanical properties to be used in analytical methods, as well as to show the influence of different testing parameters on the load capacity of the composite. Finally, the long-term behavior of I-section beams reinforced with carbon fabric under sustained loading of 4 kN was investigated. An analytical model was used to analyze the results in terms of effective textile moduli, concrete tensile strength and the nominal bond stress. The model showed that SBR textile is strongly affected by sustained load. SND, ACR and EPX beams formed new cracks during creep and the reduction in effective modulus observed was not accompanied by increase in crack width. It was confirmed the great influence of adhesion between fabric and matrix on the load capacity of the composite, the decrease in matrix strength due to fabric incorporation, as well as the divergence of the conditions of composite characterization tests.

[pt] Na engenharia estrutural, um dos critérios de projeto consiste na necessidade de que as estruturas mantenham suas condições de segurança e funcionalidade ao longo da vida útil. Desta forma, diversas metodologias de avaliação da integridade estrutural (SHM) vêm sendo desenvolvidas. Esta avaliação ocorre através do sensoriamento contínuo de estruturas de modo a validar seu comportamento no tempo. A resposta dinâmica pode ser considerada uma metodologia gradualmente explorada como SHM. Estruturas em serviço tendem a sofrer vibrações que geram uma resposta dinâmica. A existência de danos proporciona a degradação de propriedades como massa e rigidez, resultando em variação nos parâmetros modais, como frequências naturais, modos de vibração e amortecimento. Na presente pesquisa, com o auxílio de um modelo de elementos finitos devidamente validado, propõem-se uma metodologia de avaliação de danos através de parâmetros modais experimentais. A proposta será avaliada através da comparação entre respostas numéricas e resultados de ensaios dinâmicos em laje danificada. Objetiva-se estimar a variação de rigidez da estrutura, que corrobora para alteração dos parâmetros dinâmicos. Serão avaliados ainda fenômenos como breathing cracks, fissuras que se encontram abertas ou fechadas em instantes distintos durante a vibração. Além disso, será ponderado o efeito de enrijecimento do concreto na região fissurada. Estes processos afetam consideravelmente a rigidez do elemento fissurado. Desta forma, objetiva-se um modelo robusto de análise de lajes de concreto armado fissuradas a partir da análise do comportamento dinâmico. / [en] In structural engineering, one of the design criteria is the need to maintain structures safety and functionality conditions throughout their useful life. This way, several structural health monitoring methodologies (SHM) have been developed. This evaluation occurs through the continuous sensing of structures in order to validate their behavior over time. Dynamic response can be considered a gradually explored methodology as SHM. In-service structures tend to suffer with vibrations that produce a dynamic response. The existence of structural damage produces a degradation of properties such as mass and stiffness, resulting in variation of modal properties such as natural frequencies, vibration modes and damping. In the present research, with the aid of a duly validated finite element model, it is proposed a damages diagnosis methodology through experimental modal parameters. The proposal will be through the comparison of numerical responses and dynamic tests results made with a damaged slab. The analysis aim to estimate the structure s stiffness variation, which corroborates the alteration of the dynamic parameters. Phenomena such as breathing cracks, where the fissure is open or closed at different times during the vibration, will also be evaluated. In addition, the effect of concrete stiffening around the cracked region will be considered. These processes considerably affect the stiffness of the cracked element. In this way, the objective is a robust model for the analysis of cracked reinforced concrete slabs from the analysis of their dynamic behavior.

[pt] Nas últimas décadas, o setor da construção tem procurado mitigar os efeitos da sua atividade desenvolvendo novas formulações de materiais mais sustentáveis. Diversos estudos têm analisado a viabilidade do uso de agregado reciclado a partir de resíduos de construção e demolição, em substituição ao agregado natural. As normas internacionais restringem o uso de agregados reciclados em concreto estrutural, geralmente limitando-se a agregados reciclados compostos apenas por fragmentos cimentícios. Entretanto, a utilização de agregado reciclado com certo teor de fragmentos cerâmicos simplificaria o processo de separação antes da reciclagem, tornando-a mais viável e barata. Neste trabalho, observou-se que mesmo a substituição de 100 por cento do agregado natural por agregado reciclado misto não causou impacto significativo nas propriedades do concreto fresco e endurecido. Os resultados experimentais também mostraram que o Modelo do Empacotamento Compressível pode ser aplicado com sucesso para a dosagem de concretos produzidos com agregado reciclado misto até a classe de resistência C50. Por fim, os resultados à flexão de vigas curtas de concreto armado mostraram que as prescrições da norma brasileira ABNT NBR 6118:2014 para concretos convencionais também podem ser aplicadas a vigas de concreto com agregado reciclado misto com até 15 por cento de fragmentos cerâmicos. / [en] In the last decades, the construction sector has tried to mitigate the adverse effects of its activity by developing new formulations for more sustainable materials. Several studies have analyzed the feasibility of using recycled aggregate from construction and demolition waste in concrete to replace natural aggregate. International standards restrict the use of recycled aggregates in structural concrete, usually limiting to recycled aggregates composed only of cement-based fragments. However, using recycled aggregate with a certain content of ceramic fragments would simplify the separation process before recycling, making it more feasible and cheaper. In this work, it was observed that even replacing 100 percent of the natural aggregate with mixed recycled aggregate did not cause a significant impact on fresh and hardened concrete properties. The experimental results also showed that the Compressible Packing Model could be successfully applied for the mix design of mixed recycled aggregate concrete up to strength class C50. Finally, the results regarding the flexural behavior of short reinforced concrete beams showed that the prescriptions of the Brazilian standard ABNT NBR 6118:2014 for the bending behavior of conventional concrete beams could also be applied to beams made with concrete with mixed recycled aggregate up to 15 percent of ceramic fragments.

[pt] Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo do desempenho mecânico e da durabilidade de concretos reforçados com macrofibras discretas de sisal e polipropileno. Foram utilizadas duas matrizes cimentícias com teores distintos de material pozolânico. As duas fibras, com comprimento de 51 mm, foram incorporadas em dosagens de 3 a 15 kg/m3. Foram realizados ensaios de tração direta para ambas as fibras, obtendo-se valores de tensões equivalentes. Para caracterização mecânica dos compósitos, foram realizados ensaios de flexão em três pontos sob carregamento monotônico, de acordo com o procedimento da norma EN 14651. Também se avaliou este comportamento sob carregamentos cíclicos. Na avaliação da aderência fibra-matriz, ensaios de arrancamento foram realizados. A fibra de sisal apresentou menor aderência nas duas matrizes. Todos os compósitos com fibras de sisal e polipropileno apresentaram comportamento deflection softening quando submetidos à flexão. Para se obter desempenho mecânico na flexão similar para ambas as fibras, foi necessário aproximadamente o dobro da dosagem de fibras de sisal. De acordo com a classificação proposta pelo fib Model Code, essas fibras podem substituir parcialmente ou integralmente o reforço convencional no estado limite último. A durabilidade dos compósitos foi estudada por meio de processo de envelhecimento acelerado, utilizando-se ciclos de molhagem e secagem. A utilização do reforço de sisal na matriz com maior alcalinidade apresentou degradação, enquanto que sua incorporação na matriz livre de hidróxido de cálcio não resultou em perdas mecânicas após os ciclos. Concretos reforçados com fibras de polipropileno não apresentaram degradação pelos processos de envelhecimento acelerado. / [en] This work aims to present a comparative study of the mechanical performance and durability of concretes reinforced with discrete sisal and polypropylene macrofibers. Two cementitious matrices with different pozzolan material content were used. The both fibers were incorporated into fractions of 3 to 15 kg/m3 and were 51 mm long. Direct tensile tests were performed for the fibers, achieving equivalent stress values. For mechanical characterization of the composites, three-point flexural tests were performed under monotonic loading in accordance with the EN 14651 procedure. The behavior under cyclic loading was also investigated. To evaluate the fiber-matrix interaction, pull out tests were performed. The sisal fiber showed lower adhesion with the two matrices. All the composites with sisal and polypropylene fibers presented deflection softening behavior when subjected to flexural loads. In order to obtain similar flexural mechanical performance for both fibers, approximately twice dosage of sisal fiber was required. According to the classification proposed by fib Model Code, these fibers can partially or fully replace the conventional reinforcement at ultimate limit state. The durability of the composites was studied by accelerated aging process through wetting and drying cycles. The use of sisal fibers as reinforcement in the matrix with higher alkalinity showed degradation, while its incorporation into the matrix free of calcium hydroxide did not result in mechanical losses after the cycles. Concretes reinforced with polypropylene fibers did not present degradation caused by accelerated aging processes.

[pt] As principais recomendações para o dimensionamento de vigas-parede, como o ACI 318-95, o CEB-FIP, a Norma Canadense CAN-A23.3-M84 e o Guia 2 da CIRIA, apresentam métodos de cálculo que não cobrem satisfatoriamente o projeto de tais vigas. Outras normas, ainda, não trazem nenhuma indicação especial de dimensionamento. A própria Norma Brasileira, a NBR 6118, por exemplo, declara apenas que vigas desse tipo devem ser calculadas como chapas no regime elástico. O Código Britânico corrente BS 8110 explicitamente comenta que “para o projeto de vigas-parede, referência deve ser feita à literatura especializada”. Por razões como as citadas acima, a obtenção de um método racional, baseado em um claro mecanismo de ruptura e que leve em conta os principais parâmetros que influenciam a resistência última das vigas-parede tem sido o objetivo de vários pesquisadores de todo o mundo nas duas últimas décadas. Neste trabalho são apresentados, comentados e analisados vários métodos de dimensionamento de vigas-parede biapoiadas de concreto armado. Os métodos de cálculo são aplicados ao total de trinta e sete vigas ensaiadas no Laboratório de Estruturas e Materiais (L.E.M) da PUC-Rio, desde 1979, e a algumas vigas descritas na literatura, visando a obtenção de um método que gere resultados de carga última os mais próximos possíveis dos obtidos experimentalmente, e tendo como objetivo futuro a obtenção de recomendações que possam ser propostas para a Norma Brasileira.Os ensaios das trinta e sete vigas, no total, referenciadas acima, fazem parte de pesquisas teórico-experimentais realizadas na PUC-Rio por Guimarães (1980), Vasconcelos (1982) e Velasco (1984), sob a orientação do Prof. K. Ghavami. Várias conclusões foram obtidas em cada uma dessas dissertações de mestrado, separadamente, mas nenhum estudo havia sido feito no sentido de comparar os resultados encontrados. O presente trabalho também tem como objetivo obter informações comparativas relacionadas às 37 vigas citadas, com o respaldo da literatura atualizada. / [en] The major codes that contain recommendations and discussions concerning the design of deep beams, including the ACI Building Code 318-95, the Canadian Code CAN-A23.3- M84, the CEB-FIP Model Code and the CIRIA Guide 2, present design methods that do not cover adequately the dimensioning of this type of beams. Nevertheless, some other codes don’t give any special recommendation. The Brazilian Code (NBR 6118), for instance, just explains that this type of beams should be calculated as a plate in elastic range. Another example is the current British Code BS 8110, which explicitly states that “for design of deep beams, reference should be made to specialist literature”. Because of reasons as those mentioned above, obtaining a rational method not only based on a clear mechanism of failure but taking into account the main parameters that have influence on the ultimate strength of deep beams, has been the purpose of several researchers in the whole world in the last two decades. In this work, some methods for the design of simply supported reinforced concrete deep beams are presented, examined and commented upon. These methods are applied to a total of 37 beams tested in the Laboratory of Structures and Materials (L.E.M) of PUC-Rio, since 1979, and to some beams reported in the literature, in order to yield a method which can predict results of ultimate load closer to those ones obtained experimentally. The future aim is to achieve recommendations that could be proposed to the Brazilian Code. The tests of the 37 beams just referred are included in theoretical-experimental research done by Guimarães (1980), Vasconcelos (1982) and Velasco (1984), which took place in PUC-Rio, orientated by Professor Khosrow Ghavami. Several concluding remarks were obtained in each Master Thesis, apart from one another, but there wasn’t any work that compared these results. The present work is also intended to provide some comparative information regarding the 37 deep beams mentioned above, with the support given by the current literature. / [es] Las principales recomendaciones para el dimensionamiento de vigas- parede, como el ACI 318-95, el CEB-FIP, la Norma Canadiense CAN-A23.3-M84 y la Guía 2 de la CIRIA, presentan métodos de cálculo que no cubren satisfactoriamente el proyecto de tales vigas. Otras normas no ofrecen ninguna indicación especial de dimensionamiento. La própria Norma Brasileira, la NBR 6118, por ejemplo, declara solamente que vigas de ese tipo deben ser calculadas como chapas en el régimen elástico. El Código Británico actual BS 8110 explicitamente comenta que para

[pt] O presente trabalho contém a formulação, implementação e teste de um modelo para determinação do traçado ótimo de cabos de protensão, bem como do valor da força de protensão mínima correspondente, em vigas isotáticas e hiperestáticas. Na formulação, será considerado que o cabo de protensão possui um desenvolvimento segmentado em parábolas do segundo grau, onde o comprimento dessas parábolas serão pré- estabelecidos. Serão feitas ainda simplificações em relação à força de protensão e às perdas de protensão. Com a introdução de tais simplificações e com um artifício de mudança de variáveis, estaremos diante de um problema de programação linear, onde as incógnitas do problema serão a força de protensão e os coeficientes dos trechos de parábolas que representam a geometria do cabo. O objetivo desse problema de programação linear, será minimizar o custo da protensão, de forma que algumas restrições, previamente estabelecidas, sejam atendidas. Tais restrições, limitarão a geometria do cabo, uma vez que o mesmo deve ser contínuo, representado por curvas suaves, e estar contido dentro da viga, e limitarão as tensões nos bordos extremos da viga de forma que as Normas Brasileiras NBR 8681, NBR 7197 e NBR 7187 sejam atendidas. Serão considerados diversos casos de carga e as seções de estudo serão pré-definidas. Como resultado do projeto teremos o traçado ótimo de um cabo médio, e a força de protensão mínima P0, onde já estarão incluídas as perdas imediatas. A implementação da formulação foi desenvolvida em linguagem C, padrão ANSI, o que garante que o mesmo código possa ser compilado em computadores diferentes e por compiladores diferentes, facilitando a portabilidade do programa. Para a otimização, foi utilizado o programa comercial LINDO- Linear Interactive and Discrete Optimizer, que permite uma interação com o usuário, é prático e de grande eficiência. Serão testados e analisados quatro exemplos, variando em sua complexidade. Das quatro vigas testadas, uma foi apresentada por Calçada (1993) em seu artigo "Traçado Óptimo de Cabos de Pré-esforço em Pórticos", e as outras três foram projetadas por engenheiros em escritórios de cálculo estrutural. As duas soluções de projeto, a dada pelo programa e a obtida pelos escritórios, são comparadas de modo a validar tanto a formulação como o programa implementado. / [en] This work is concerned with the formulation, implementation and test of a model for determination of the minimum prestressing force and the optimum tendon profile, to prestressed isostatics and hiperestatics beams. It will be considered in formulation, that the prestressing cable has a development segmented in second grade parabolas, in which the length of each one will be predetermined. In addition, simplifications will be considered with regard to the prestressing force and the prestressing losses. With these assumptions and an artifice of variables change, linear programming problem will be obtained, where the variables will be the prestressing force and the parabolas coefficients that represent the cable geometry. The objective of this linear programming problem will be to minimize the prestressing cost, based on some constraints. These constraints will limit the cable geometry, since this one has to be continue, represented for smooth curves and to be inside of the beam, and will limit the stresses at the top and at the bottom fibers of each studied sections according to Brazilian Codes NBR 8681, NBR 7197 e NBR 7187. Different loads cases will be considered and the studied sections will be predetermined. As project result, we will have an optimum tendon medium profile and the minimum prestressing force P0, where the immediate losses will be included. The formulation implementation was developed in "C" language, ANSI standard, which guarantees that the same code can be compiled in different computers and for different compilers, making the program portability easy. For optimization, the commercial program LINDO- Linear Interactive and Discrete Optimizer was used, which allows interaction with the user, is practical and very efficient. Four examples with different complexity will be tested and studied. From four beams tested, one was presented by Calçada (1993) in his paper "Traçado Óptimo de Cabos de Pré-esforço em Pórticos", and the other ones were designed by engineers in structural design offices. The two design solutions, the one given by the program and the other obtained by the offices, are compared in order to validate both the formulation and the program implemented. / [es] El presente trabajo contiene la formulación, implementación y pruebas de un modelo para determinación del trazado ótimo de cables de protensión, bien como del valor de la fuerza de protensión mínima correspondiente, en vigas isotáticas y hiperestáticas. En la formulación, será considerado que el cable de protensión posee un desarrollo segmentado en parábolas de segundo grado, de dimensiones prestablecidas. Se considerarán simplificaciones en relación a la fuerza de protensión y a las pérdidas de protensión. Con la introducción de tales simplificaciones y con un artificio de cambio de variables, estaremos frente a un problema de programación lineal, donde las incógnitas del problema serán la fuerza de protensión y los coeficientes de los intervalos de parábolas que representan la geometría del cable. El objetivo de este problema de programación lineal será minimizar el costo de la protensión, de forma que sean atendidas algunas restricciones, previamente establecidas. Tales restricciones, limitarán la geometría del cable, que debe ser contínuo, representado por curvas suaves, y estar contenido dentro de la viga; y limitarán las tensiones en los bordes extremos de la viga para atender las Normas Brasileiras MBR 8681, MBR 7197 y MBR 7187. Se considerarán diversos casos de carga y las secciones de estudio serán predefinidas. Como resultado del proyecto tendremos el trazado óptimo de un cable medio y la fuerza de protensión mínima P0, donde estarán incluidas las pérdidas inmediatas. La implementación fue desarrollada en lenguaje C, padrón ANSI, que garantiza que el mismo código pueda ser compilado en computadores diferentes y por compiladores diferentes, facilitando la portabilidad del programa. Para la optimización, fue utilizado el programa comercial LINDO - Lineal Interactive and Discrete Optimizer, que permite una interacción con el usuario, es práctico y de gran eficiencia. Se analizaron cuatro ejemplos, variando su complejidad. De las cuatro vigas, una fue presentada por Calzada (1993) en su artículo "Trazado Ótimo de Cabos de Pré-esforzo en Pórticos", y las otras tres fueron projectadas por ingenieros de cálculo extructural. Las dos soluciones del proyecto, la dada por el programa y la obtenida por los ingenieros, son comparadas para evaluar la formulación del modelo y la implemantación del programa.

[pt] O presente trabalho propõe-se a analisar o comportamento mecânico de painéis sanduíche constituídos por duas camadas externas de compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, separadas por um núcleo de concreto celular autoclavado (CCA). Cada placa de material compósito foi moldada diretamente sobre a superfície de um bloco de CCA, por meio da disposição manual de três camadas unidirecionais de fibras longas de curauá. Visando prover maior durabilidade ao compósito, desenvolveu-se uma matriz com baixo teor de hidróxido de cálcio, substituindo uma parcela do cimento por materiais pozolânicos. Ensaios de caracterização da matriz, dos filamentos de curauá e dos blocos de CCA foram realizados para a obtenção de suas propriedades independentes. Os compósitos foram submetidos a ensaios de arrancamento do tecido, tração direta e flexão a quatro pontos para a avaliação de diferentes aspectos de seus mecanismos de fissuração, resistência e capacidade de deformação. Zonas de carregamento foram indicadas em cada caso para demonstrar o comportamento padrão dos compósitos. Os painéis sanduíche, por sua vez, foram analisados em termos de interface, por meio de ensaios de aderência e micrografias da superfície de transição dos materiais, e de desempenho mecânico, por ensaios de flexão a quatro pontos cíclicos e monotônicos. Esses últimos forneceram a rigidez, capacidade de carga e deflexão dos painéis sanduíche, tal como as principais propriedades de seus elementos: para o núcleo, a resistência ao cisalhamento e o módulo de cisalhamento, e para as lâminas, a resistência à compressão e à tração. Os ensaios cíclicos testaram a resistência do material a séries de carregamento-descarregamento, enquanto ensaios de aderência foram utilizados para verificar a interface entre os compósitos laminados e o núcleo de CCA. Os resultados indicaram um desempenho satisfatório dos painéis sanduíche, uma vez que os compósitos foram capazes de lhes fornecer um comportamento de strain/deflection hardening, aumentando sua resistência e tenacidade. A adesão entre lâminas-núcleo mostrou-se eficaz, de maneira que os diferentes materiais compreendidos demonstraram interação adequada entre si, bem como propriedades complementares. Dentre os objetivos desse trabalho, encontra-se o desenvolvimento de um material sustentável, leve, resistente e tenaz, de modo que constitua uma alternativa promissora e de baixo custo a aplicações de Engenharia. / [en] This present work aims to analyze the mechanical behavior of sandwich panels consisting of two outer layers of natural fiber-reinforced cementitious composites separated by a core layer of autoclaved aerated concrete (AAC). The molding of each composite layer was made directly on the surface of an AAC block, by manually arranging three layers of long unidirectional aligned curauá fibers in the mortar. In order to increase the composite durability, a matrix with a low content of calcium hydroxide was developed, where the Portland cement was partially replaced by pozzolanic materials. Characterization tests of the matrix, the curauá filaments and the AAC blocks were performed to obtain their independent properties. The composites were submitted to fabric pull-out tests, direct tensile tests and four-point bending to evaluate different aspects of their cracking mechanisms, strength and deformation capacity. Loading zones were indicated in each case to demonstrate the standard composite behavior. The sandwich panels, on the other hand, were analyzed in terms of interface, through pull-off tests and SEM images of the materials transition surface, and mechanical performance, by means of cyclic and monotonic four-point bending tests. The latter registered the rigidity, load capacity and deflection of the sandwich panels, as well as the main properties of their elements: for the core, shear strength and shear modulus, and for the skin layers, compressive strength and tensile strength. Cyclic tests evaluated the resistance of the material to loading-unloading cycles, while pull-off tests were used to verify the interface between the laminated composites and the AAC core. The results indicated a satisfactory performance of the sandwich panels, since the composite layers provided a strain/deflection hardening behavior to the material, increasing its flexural strength and toughness. The adhesion between the layers and the core proved to be effective, so that the comprised materials displayed adequate interaction between each other, as well as complementary properties. Among the objectives of this work is the development of a sustainable, lightweight, resistant and tough material, in a way that it represents a promising and low-cost alternative to Engineering applications.

[pt] A utilização de barras de polímero reforçado por fibras de vidro (glass fiber reinforced polymer, GFRP, em inglês) como reforço de estruturas de concreto armado, vem ganhando popularidade principalmente devido à sua resistência à corrosão e resistência mecânica. Entretanto, seu baixo módulo de elasticidade pode acarretar em problemas na estrutura em serviço, como grandes aberturas de fissuras e deflexões quando comparado com concreto armado por barras de aço. No presente estudo, um programa experimental foi realizado com o objetivo de avaliar a influência da adição de 10 kg/m3 de fibras de polipropileno (PP) em elementos de concreto armado por barras de GFRP submetidos à tração direta e flexão. Caracterização mecânica e ensaios de arrancamento (pullout) foram realizados para avaliar as propriedades dos materiais constituintes e de sua interface, respectivamente. A formação e evolução das fissuras, bem como o efeito de enrijecimento à tração no material proposto, foram avaliados por meio de ensaios de tração direta em prismas de concreto armado. Ensaios de flexão em quatro pontos foram realizados para investigar o desenvolvimento da deflexão com o carregamento, o padrão de fissuração e o comportamento momento-curvatura dos espécimes. Correlação de imagem digital (digital image correlation, DIC, em inglês) foi utilizada para monitoramento de deformações, distâncias e aberturas de fissuras relevantes para a análise. Por fim, os resultados dos ensaios de flexão foram comparados com um modelo analítico. Uma redução considerável da abertura de fissuras e um melhor comportamento de múltipla fissuração foi observado para os espécimes com adição de fibras, além de um pequeno acréscimo de rigidez à flexão. / [en] Glass-fiber reinforced polymer (GFRP) bars have been more often used in reinforced concrete (RC) structures mainly due to superior corrosion resistance and mechanical strength. However, the low modulus of elasticity leads to serviceability issues such as wider crack openings and larger deflections when compared to conventional RC. To improve the performance and allow for a more effective use of GFRP reinforcement, the addition of randomly disperse short polypropylene fibers (PP) to the concrete matrix is proposed. In the present study, an experimental program intending to investigate the flexural and tensile behavior of concrete members reinforced with GFRP bars and 10 kg/m3 of PP is carried out. Mechanical characterization and pull-out tests were carried out respectively to characterize the materials and interface between GFRP bar and concrete. Crack formation and growth, and tension stiffening effect in the proposed construction material were investigated by tension tests in reinforced concrete prisms. Four points bending tests were performed to evaluate the mid-span deflection, crack opening and moment-curvature relationship of the specimen. Digital image correlation was used to gather information about relevant data. It was proposed an analytical model to compare the results obtained in bending tests. A considerable reduction in crack openings, a better multiple cracks behavior and a slightly stiffer behavior was obtained due to fiber addition.

[pt] Nos últimos anos, os materiais compósitos cimentícios vêm ganhando destaque na indústria da construção civil. Suas excelentes propriedades mecânicas e contribuição para o controle de propagação de fissuras são um atrativo para seu emprego como material de construção. No entanto, normas técnicas para projeto envolvendo estes materiais e estruturas ainda não são consagradas. Uma melhor compreensão do comportamento de materiais cimentícios com adição de fibras requer o estudo de suas fases e da interação entre elas. Análises em diferentes escalas possibilitam esta representação. Tensões e deformações, dano e iniciação de fissuras ocorrem na escala das heterogeneidades e ajudam a explicar e prever o comportamento do concreto em uma escala macroscópica. A modelagem e simulação do comportamento destes compósitos é complexa e desafiadora. Para tal, é necessário definir os principais mecanismos que descrevem o comportamento do material de modo a escolher a descrição matemática adequada. Esta dissertação propõe metodologias para a modelagem numérica multiescala de materiais compósitos cimentícios. A partir de informações obtidas na escala do material, busca-se compreender melhor o comportamento global do compósito. Para isto, serão desenvolvidos métodos numéricos e computacionais baseados no Método dos Elementos Finitos, em técnicas de Inteligência Artificial e nos conceitos da Mecânica do Dano Computacional. Na macroescala, um modelo contínuo equivalente é desenvolvido através de técnicas probabilísticas e de Inteligência Artificial. Na mesoescala, duas abordagens são propostas. A primeira inclui as fibras através de elementos de interface, e a segunda através de um novo elemento compósito fibra-matriz. Os modelos desenvolvidos permitem avaliar a evolução do dano, o processo de propagação de fissuras, e o comportamento global carga-deslocamento do compósito até a ruptura. Resultados experimentais da literatura suportam as conclusões do trabalho. / [en] In recent years, fiber reinforced cement-based materials have gained relevance in the civil engineering industry. Due to its excellent mechanical properties and contribution to crack propagation control, there is a great appeal to its usage as a construction material. However, technical standards for fiber reinforced concrete are still not established. A better understanding of the behavior of cement composite materials requires the representation of the material phases and their interfacial behavior. Stresses and strain distributions, damage evolution and fracture initiation develop at the observation scale of the heterogeneities and help to explain and predict the behavior of concrete at a macroscopic level. The numerical modeling of these composites emerge as challenging and complex problems. For this, it is necessary to define the main mechanisms that describe the material behavior in order to choose the proper mathematical formulation. This dissertation proposes methodologies for the numerical modeling of cement composite materials in a multiscale approach. From the information obtained at the material scale, this work aims at assessing the global behavior of the composite. Numerical and computational procedures will be developed based on the Finite Element Method, Artificial Intelligence techniques and concepts of Computational Damage Mechanics. At the macroscale, an equivalent continuum model is developed through probabilistic and Artificial Intelligence techniques. At the mesoscale, two approaches are proposed. The first includes the fibers through interface elements. The second adopts a new fiber-matrix composite element. With the models developed here, it is possible to evaluate damage evolution, fracture propagation patterns, load-displacement global behavior of the composite upto failure. Experimental results from the literature give support to the conclusions.

[pt] O presente trabalho tem como objetivo investigar a influência da substituição de frações de areia por rejeito de minério de ferro (RMF) no concreto. Estudaram-se a reatividade do rejeito com o cimento, as variações de porosidade, a trabalhabilidade e o efeito filler do material. Para isso uma série de ensaios químicos, físicos, mecânicos e térmicos foram conduzidos. O RMF foi caracterizado quanto à composição química, granulometria e massa específica. Constatou-se que o material é formado por sílica e hematita e possui massa específica muito próxima à da areia, embora seja uma ordem de grandeza mais fino. Para avaliar a reatividade do RMF confrontou-se os resultados de diversos experimentos. Foram realizados ensaios de compressão axial em pastas de cimento com substituição de 10 por cento, 20 por cento e 30 por cento de cimento por RMF, em diferentes idades. O RMF foi ensaiado quimicamente pelo método Chapelle modificado e o índice de atividade pozolânica foi determinado. Além disso, fragmentos de concreto com RMF, aos 28 e 90 dias, foram ensaiados por termogravimetria e os produtos de hidratação comparados à amostra de referência. O grau de cristalinidade do RMF foi determinado por difração de raios-X. Todas as evidências indicam que o material é inerte. O efeito do RMF na trabalhabilidade do concreto e da pasta de cimento foi avaliado por ensaio de abatimento (slump test) e espalhamento (flow table), respectivamente, e detectou-se um aumento da trabalhabilidade com o aumento da fração de RMF. A porosidade foi avaliada por ensaio de imersão em água no concreto com diferentes frações de RMF, e por ensaio de microtomografia computadorizada, na qual foi determinada a distribuição dos poros. De modo geral, detectou-se tendência de redução da porosidade com o acréscimo do RMF. A resistência mecânica do concreto foi avaliada para substituições de 10 por cento, 20 por cento e 30 por cento de areia por RMF e os resultados foram comparados à substituição das mesmas frações de areia por material inerte, na granulometria do RMF. O efeito filler causou um aumento da resistência, tendo o melhor resultado sido obtido com a fração de 20 por cento de RMF. Também foi avaliado o comportamento à flexão em prismas de concreto com adição de fibras de aço na fração de 30 kg/m cúbicos e 20 por cento de substituição de areia por RMF. Os resultados de cargas máximas, tensões residuais e tenacidade foram, em média, muito próximos nas amostras com RMF e de referência. / [en] The present work aims to investigate the influence of the replacement of sand fractions by iron ore tailings (IOT) on concrete. The reactivity of tailings in the presence of cement, the variation of porosity and workability, and the filler effect of the material were studied. For this purpose, a series of chemical, physical, mechanical and thermal tests were conducted. The IOT was characterized by its chemical composition, particle size and specific weight. It is found that the material is formed by silica and hematite and has a specific weight similar to that of sand, although its grains are ten times smaller. To evaluate the reactivity of the IOT, the results of several experiments were compared. Axial compression tests were performed on cement pastes with replacement of 10 percent, 20 percent and 30 percent cement by IOT at different ages. The IOT was chemically tested by the modified Chapelle test and the pozzolanic activity index was determined. In addition, IOT concrete fragments at 28 and 90 days were tested by thermogravimetry and the hydration products were compared to the reference sample. The degree of crystallinity of the IOT was determined by X-ray diffraction. All evidence indicates that the material is inert. The effect of IOT on the workability of concrete and cement paste was tested by slump test and flow table, respectively, and an increase in workability was detected by increasing the IOT fraction. Porosity was evaluated by the water immersion test on concretes with different IOT fractions, and by computed tomography, which determined the pore distribution. In general, a tendency to reduce porosity was observed as IOT fraction increased. The mechanical strength of the concrete was evaluated for 10 percent, 20 percent and 30 percent sand replacements by IOT and the results were compared to the replacement of the same sand fractions by inert material, in the IOT granulometry. The filler effect caused an increase in resistance, with the best result being the 20 percent IOT fraction. It was also evaluated the flexural behavior in prismatic concrete specimens with addition of steel fibers in the fraction of 30 kg/m cubic and 20 percent of sand substitution by IOT. The results of maximum loads, residual stresses and toughness were on average very similar in the IOT and reference samples.