[pt] O presente trabalho avalia o efeito da utilização de concreto de ultra-alto desempenho (CUAD) em elementos estruturais, analisando seu comportamento à flexão e o impacto da utilização desse material no seu dimensionamento. Através de ensaios de caracterização do material, foram estudadas as suas propriedades mecânicas. Os resultados dos testes já apresentavam resistência à compressão de 104 MPa com 7 dias de idade e 142 MPa aos 28 dias de idade, além de um aumento na capacidade de carga e na ductilidade dos corpos de prova com o aumento da quantidade de fibras utilizadas no CUAD. Na escala estrutural, foram analisadas quatro vigas de concreto armado, onde duas foram produzidas com concreto de ultra-alto desempenho e duas com concreto convencional (CC), com taxa de armaduras de 0,44 por cento e 1,78 por cento. Primeiramente foi realizada uma análise comparativa dos resultados dos momentos obtidos experimentalmente e teoricamente (baseado nas normas NBR 6118:2014, ACI 544.4R-18 e Model Code 2010) não apresentando diferença significativa. Posteriormente, através dos resultados dos ensaios foi possível verificar que, a utilização do CUAD melhora, no geral, as propriedades mecânicas dos elementos analisados. A utilização do CUAD em vigas subarmadas apresenta resultados similares às vigas normalmente armadas com CC. Além disso, quando combinadas a utilização do CUAD com o aumento da taxa de armaduras, os resultados melhoram significativamente, apresentando, por exemplo um ganho na capacidade de carga de aproximadamente 40 por cento no aumento da taxa geométrica de armaduras e de 75 por cento com o aumento da taxa de armaduras combinada com a utilização do CUAD. / [en] The present work evaluates the effect of the use of ultra-high performance concrete (UHPC) in structural elements, analyzing its behavior to bending and the impact of the use of this material on its dimensioning. Through tests of characterization of the material, its mechanical properties were studied. The results of the tests already presented compressive strength of 104 Mpa at 7 days of age and 142 Mpa at 28 days of age, in addition to an increase in load capacity and ductility of the specimens with the increase in the amount of fibers used in the UHPC. In the structural scale, four reinforced concrete beams were analyzed, two of which were produced with ultra-high performance concrete and two with conventional concrete (CC), with an armor rate of 0.44 percent and 1.78 percent. First, a comparative analysis of the results of the moments obtained experimentally and theoretically (based on the norms NBR 6118:2014, ACI 544.4R-18 and Model Code 2010) was performed, with no significant difference. Subsequently, through the results of the tests it was possible to verify that the use of UHPC improves, in general, the mechanical properties of the analyzed elements. The use of UHPC in underarmed beams presents similar results to beams normally armed with CC. In addition, when combined with the use of UHPC with increased reinforcement rate, the results improve significantly, presenting, for example, a gain in load capacity of approximately 40 percent in the increase in the geometric rate of reinforcements and 75 percent with the increase in the reinforcement rate combined with the use of UHPC.

[pt] O concreto de ultra-alto desempenho (CUAD) é um material cimentício avançado que possui excelente desempenho mecânico, ductilidade e durabilidade devido a uma elevada densidade de empacotamento e ao uso de fibras, promovendo benefícios à vida útil das estruturas. Grande parte das estruturas está sujeita a ações cíclicas, ou seja, variáveis com o tempo, resultando em danos de fadiga, como o surgimento e a propagação de trincas, que podem comprometer sua integridade. Assim, é essencial compreender o comportamento dos materiais sob fadiga para que sejam propostas diretrizes de projeto seguras e adequadas ao bom funcionamento das estruturas. Este trabalho visa, portanto, investigar o comportamento do concreto de ultra-alto desempenho pré-fissurado sob fadiga na flexão, quantificando sua degradação mecânica ao longo do carregamento cíclico a partir dos parâmetros de abertura de fissura (CMOD) e rigidez, contribuindo para o estudo desse tipo especial de concreto. Foram propostas equações para prever a vida à fadiga em relação ao limite superior de carga e estabelecer o limite de fadiga do concreto de ultra-alto desempenho, igual a 75,3 por cento, considerando o limite inferior igual a 30 cento do limite superior. Ainda, avaliou-se o comportamento pós-fadiga de amostras que não sofreram ruptura ao longo de 1.000.000 de ciclos, sendo possível observar que o mecanismo não gerou alterações no desempenho das amostras sob flexão para limites inferiores ao limite de fadiga. / [en] Ultra-high Performance Concrete (UHPC) is an advanced cementitious material that has excellent mechanical performance, ductility and durability due to a high packing density and the use of fibers, contributing to increase the structures lifespan. Most of the structures are subject to cyclic loads, which vary with time, resulting in fatigue damage such as the formation and propagation of cracks that could compromise its integrity. Thus, it is essential to understand the behavior of materials subjected to fatigue so that safe and proper design guidelines can be proposed for the appropriate performance of the structures. Therefore, this work aims to investigate the behavior of pre-cracked ultra-high performance concrete under flexural fatigue, quantifying its mechanical deterioration during cyclic loading through both crack mouth opening displacement (CMOD) and stiffness, which will contribute to the study of this special type of concrete. Equations were proposed to predict fatigue life according to the upper load limit during the cyclic loading and to establish the endurance limit of ultra-high performance concrete in 75,3 percent, considering the lower limit load equal to 30 percent of the upper limit. Also, when evaluating the post-fatigue behavior of samples that did not fail over 1,000,000 cycles it was possible to identify that the cyclic loading did not change the performance of the samples under bending, which was due to the use of upper loads below the endurance limit.

[pt] O concreto de ultra alto desempenho (UHPC) reforçado com fibras é um material que foi desenvolvido nas últimas décadas para atender à necessidade de estruturas modernas por um material mais resistente e durável. Suas características altamente não lineares tanto na tração quanto na compressão levam a um comportamento complexo. Além disso, a distribuição não homogênea das fibras e a alta resistência à tração, quando comparada ao concreto convencional, resultam em menor ductilidade para vigas de UHPC. A análise de elementos finitos mostra ser uma ferramenta adequada para representar a resposta de elementos estruturais de UHPC, mas a calibragem do modelo deve ser aplicada corretamente e técnicas de modelagem coerentes devem ser usadas para representar corretamente os tramos pós-pico de curvas força-deslocamento para vigas de UHPC submetidas a testes de flexão de quatro pontos. Foi realizada uma extensa caracterização do material tanto em tração quanto em compressão. Testes axiais monotônicos foram conduzidos para obter curvas tensão-deformação na compressão e tensão-abertura de fissura na tração. Testes cíclicos foram realizados para determinar a evolução do dano experimental em compressão e na tração. Esses dados serviram como referência para calibrar modelos uniaxiais e modelos de evolução de dano de acordo com expressões analíticas disponíveis na literatura. Modelos heterogêneos simulando a dispersão do material nas propriedades mecânicas do UHPC ao longo do volume das vigas foram utilizados para obter uma seção transversal que apresentasse resistência otimizada, mantendo a ductilidade desejada. Finalmente, cinco vigas foram testadas, com diferentes formas e porcentagens de reforço, e estratégias de modelagem foram comparadas aos dados experimentais das vigas. / [en] Ultra-high performance concrete is a material which has been developed in the last decades to fulfill modern structures need for a more resistant and durable material. Its highly nonlinear characteristics in both tension and compression leads to a complex behavior. In addition to that, the inhomogeneous distribution of the fibers and the high tensile strength when compared to conventional concrete result in reduced ductility for UHPC beams. Finite element analysis is shown to be an adequate tool to represent UHPC structural element s response but the model calibration must be correctly applied and coherent modeling techniques must be used to correctly model the post-peak branches of load-displacement curves for UHPC beams subjected to four-point load bending tests. An extensive material characterization in both tension and compression was conducted. Monotonic axial tests were conducted to obtain stress-strain curves in compression and stress-crack opening in tension and cyclic tests were made to determine the experimental damage evolution in compression and in tension. These data served as input to calibrate uniaxial models and damage evolution models according to analytical expressions available in the literature. Heterogeneous models simulating the material dispersion of the mechanical properties of the UHPC over structural beams were used to obtain a cross-section that presented optimized resistance while maintaining target ductility. Finally, five beams were tested, with different shapes and reinforcement ratios and the modeling strategies were benchmarked to the beams experimental data.