[pt] O concreto armado (CA) tem sido amplamente utilizado em construções civis durante quase dois séculos devido a sua versatilidade e relativamente baixo custobenefício quando comparado com outros sistemas estruturais. É, notoriamente, o sistema mais adotado na construção de obras estratégicas e de infraestrutura. No entanto, as construções de CA estão em constante deterioração. Sobretudo nas últimas décadas, atenção especial vem sendo dada à influência de cenários dinâmicos nesse tipo de sistema estrutural devido à intrínseca baixa resistência à tração e fragilidade do concreto, que promovem extensos horizontes de fissuração na ocorrência desses eventos. A presente investigação dedicou-se à avaliação de duas variações de compósitos cimentícios de comportamento strain-hardening (SHCC) como material de reforço para melhorar a resistência ao impacto de edifícios existentes, em especial membros estruturais com falhas críticas por cisalhamento. SHCC é uma classe relativamente nova de compósito cimentício reforçado com fibras, em geral microfibras sintéticas com fração volumétrica média de 2 %. Estudos recentes já demonstraram que este compósito é capaz de deformarse substancialmente quando submetido à tração direta (até 6% dependendo da dosagem) durante o estágio de múltipla-fissuração, enquanto sustenta uma abertura de fissura de até 100 μm. O SHCC parece especialmente adequado para resistir a impactos de alta velocidade devido ao número relevante de superfícies que se formam durante a sua fase de deformação, uma vez que a grande quantidade de superfícies que são formadas durante o processo de múltipla-fissuração representa uma perspectiva elevada de dissipação de energia sem reduzir a capacidade de carregamento. Dois tipos de SHCC de resistência normal foram escolhidos para serem avaliados nesta investigação. Os compósitos diferenciavam-se principalmente no tipo de fibra de reforço: PVA e UHMWPE. Como os elementos estruturais incorporados em estruturas estão frequentemente sujeitos a estados multiaxiais de tensão, para avaliar o potencial de SHCC como material de reforço, ensaios combinados de torção e tensão foram desenvolvidos. Tais resultados permitiram o aprofundamento da compreensão do desempenho mecânico dos SHCC em análise sob cisalhamento, ao mesmo tempo que permitem a combinação desses esforços com tensões normais de tração. Em seguida, o potencial efetivo do SHCC no melhoramento da resistência e resiliência de elementos estruturais existentes a cargas de impacto foi investigado por um extenso programa experimental que contou com 24 vigas de escala real. Os parâmetros variados foram: (i) o tipo de SHCC; (ii) a configuração de reforço interno (espécimes com e sem estribos); (iii) a energia de impacto (que variou entre 2,1 kJ e 6,4 kJ, correspondendo a velocidades aproximadas de 17 m/s a 30 m/s, respectivamente). Os resultados foram avaliados em termos da resposta mecânica, padrões de fissuração, e análise modal. Foi demonstrado que ambos os tipos de SHCC contribuíram para a melhora da resistência ao impacto das vigas de CA reforçadas, melhorando expressivamente a resposta dinâmica residual e de estabilidade, enquanto contribuíram efetivamente para segurança de usuários ao propiciar uma redução substancial de detritos desprendidos durante os testes. O SHCC reforçado com fibras de UHMWPE mostrou-se menos sensível à presença ou ausência de estribos, sugerindo que esse compósito seja o mais adequado para aplicações de reforço de cisalhamento em cenários dinâmicos onde existe uma deficiência, ou incerteza, sobre o reforço transversal interno dos membros existentes. / [en] Reinforced concrete (RC) has been widely used in civil constructions for almost two centuries due to its versatility and relatively low cost-effectiveness ratio when compared with other structural systems. It is notably the preferred material for the construction of strategic infrastructures. However, RC constructions are in constant deterioration. Special attention had been given in the last decades to the influence of dynamic scenarios on RC structures due to concrete s inherent low tensile strength and brittle nature, which promotes intense cracking during these events. The present research focused on the assessment of two variations of strainhardening cementitious composites (SHCC) as strengthening material to improve the impact resistance of existing buildings, moreover structural members with critical shear failure. SHCC is a somewhat new class of fiber-reinforced composite reinforced with synthetic microfibers with an average content of 2 % in volume. Previous research studies already demonstrated that this composite is able to yield substantial deformations under tension (up to 6 % depending on the dosage) during its multiple-cracking phase, while enduring a crack-width limit of 100 μm. SHCC seems especially appropriate to withstand high-velocity impacts due to the relevant number of surfaces that are formed during its deformation phase since it represents a high perspective of energy dissipation without reducing load-bearing capacity. Two types of normal-strength SHCC were chosen to be assessed in this research. The composites differed mainly in the type of reinforcing fiber: PVA, and UHMWPE. As structural members embodied in structures are often subjected to multiaxial stress states, to evaluate SHCC´s potential as a strengthening material, combined torsion and tension tests were developed. These tests deepen the understanding of SHCC s mechanical performance under shear, while also enabled the combination with normal stresses. Then, SHCC s actual potential to improve the impact resistance and afterlife of existing structural members was investigated during an extensive experimental program that counted with 24 real-scale beams. The varied parameters were: (i) the type of SHCC; (ii) the internal reinforcement configuration (specimens with, and without stirrups); (iii) the impact energy (which was varied between 2.1 kJ and 6.4 kJ, corresponding to approximated velocities of 17 m/s to 30 m/s, respectively). The results were assessed in terms of their mechanical response, cracking patterns, and modal analysis. It was demonstrated that both types of composites improved the impact resistance of the strengthened RC members, outstandingly improving the impact safety with regards to residual dynamic response and stability while presenting a substantial reduction of spalling and scabbing material. The SHCC produced with UHMWPE fibers appeared to be less sensitive to the presence or absence of stirrups, posing as more suitable alternative for shear strengthening applications within dynamic scenarios where there is a deficient, or even uncertainty, about the internal transversal reinforcement of the existing members.

[pt] O presente trabalho investigou o comportamento mecânico de compósitos cimentícios do tipo SHCC (Strain Hardening Cementitious Composites) de resistência comum e alta resistência, reforçados com fibras de PVA, UHMWPE (polietileno de peso molecular ultra-elevado), aço e reforços híbridos. Para o estudo, o volume total de fibras foi mantido constante em 2,0 por cento, com objetivo de manter a trabalhabilidade dos compósitos. As fibras de PVA e polietileno foram parcialmente substituídas por fibras de aço na proporção de 0,5 por cento e 1,0 por cento e a resposta mecânica foi estudada a partir de ensaios de tração direta, flexão de quatro pontos em placas e ensaios de flexão de três pontos em prismas com entalhe. O padrão de fissuração foi analisado utilizando imagens de alta resolução. O efeito escala dos compósitos reforçados com fibras de PVA e polietileno também foi investigado através de ensaios de tração direta e de flexão de quatro pontos utilizando dois tamanhos de corpos de prova. Os resultados mostraram que as fibras de PVA têm melhor desempenho que as fibras de polietileno para matrizes de resistência comum e que para ambas as matrízes, a substituição parcial das fibras de polietileno e PVA por fibras de aço tem o benefício de aumentar a resistência, mas promove redução na capacidade de deformação dos compósitos. O estudo sobre o efeito-escala também mostrou que a resposta mecânica destes materiais muda com a geometria dos corpos de prova. Por último, os compósitos foram utilizados como materiais de reparo estrutural em vigas submetidas a dano prévio e os resultados mostraram a viabilidade da utilização do SHCC como material de reparo. / [en] The present work investigated the mechanical behavior of normal and highstrength Strain Hardening Cementitious Composites (SHCC) reinforced with PVA, UHMWPE (ultra-high molecular weight polyethylene), steel and hybrid fibers. For the study, the total volume of fibers was kept constant at 2.0 percent in order to maintain the workability of the composite system. PVA and polyethylene were partially replaced by steel fibers in 0.5 percent and 1.0 percent. The mechanical response was measured under direct tension tests, four-point bending tests on plates and three point-bending tests on notched specimens. The crack pattern was investigated using high resolution image capturing procedure. The size-effect of the composites reinforced with PVA and polyethylene fibers was also investigated under direct tension test and four-point bending tests using two sizes of specimens. The results have shown that PVA fibers have a better performance than polyethylene fibers for normal strength matrices and that for both normal and high strength matrices the partial replacement of polyethylene and PVA fibers by steel fibers has the benefit of increasing the strength, but it reduces the strain capacity of the composites. The investigation about the size-effect also have shown that mechanical response of these composites changes with the geometry of the specimens. Finally, the composites were used as structural repair in beams subjected to previous damage and the results verified the feasibility of SHCC as a repair material.