[pt] Este trabalho tem como objetivo o estudo experimental do comportamento de vigas de concreto armado reforçadas a flexão com CFC sujeitas a carga de impacto. As variáveis adotadas foram a taxa de carregamento e a taxa de reforço. Todas as vigas foram dimensionadas para resistirem ao mesmo carregamento, de forma que a ruptura fosse governada pelo escoamento do aço da armadura longitudinal de tração. O programa experimental consistiu no ensaio de dezoito vigas biapoiadas de concreto armado. Todas as vigas foram construídas com a mesma seção transversal, vão e resistência de concreto, diferindo somente na armadura longitudinal de tração. Foram confeccionados três tipos de vigas, sendo que as vigas com maior taxa de aço de armadura longitudinal de tração não receberam reforço, enquanto que as demais foram reforçadas com CFC de forma a suportar a mesma carga última das vigas sem reforço. Foram realizados ensaios estáticos e dinâmicos. Para a aplicação da carga de impacto utilizou-se um martelo, que liberado de diferentes alturas de queda, forneceu diferentes taxa de carregamento e, consequentemente, diferentes taxas de deformação nas vigas ensaiadas. Os resultados mostraram que as vigas com reforço de CFC possuem menor capacidade de desaceleração do movimento de queda do martelo. Verificou-se que quanto maior a altura de queda do martelo maior é a força máxima de reação das vigas, apresentando um crescimento praticamente linear com o aumento da taxa de carregamento. / [en] An experimental study on the behavior of reinforced concrete beams strengthened in flexure with CFC under impact load was carried out in this work. The main objective was to investigate the effects of the loading rate on the strength of the beams. The variables were the loading rate and the ratio of fiber to steel reinforcement cross sections. All beams were design to resist the same load, in a way that the failure should be governed by the yielding of the longitudinal tension steel reinforcement. The experimental program consisted of the test of eighteen simply supported beams. All the beams had the same cross section, span and concrete strength. The only difference was the amount of longitudinal tension steel and fiber reinforcements. Static and dynamic testing had been carried through. A hammer was used for the impact load application, which was released from different heights, giving different loads rates and, consequently, different deformation rates in the tested beams. The results showed that the beams with reinforcement of CFC had less capacity of movement deceleration of hammer fall. It was observed that the higher the height of the hammer the higher was the maximum force of reaction of the beams, showing practically a linear growth with the increase of the loading rate.

[pt] No Brasil, o dimensionamento de estruturas de concreto armado segue as recomendações da norma brasileira NBR 6118-2003. A norma brasileira, usa a metodologia de dimensionamento semi-probabilístico que não quantifica a probabilidade de falha de um elemento estrutural. A análise de confiabilidade de estruturas é uma ferramenta que possibilita o cálculo da probabilidade de falha associada a um estado limite e também um dimensionamento para uma determinada probabilidade de falha denominada probabilidade de falha alvo. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia que possibilite o dimensionamento baseado em confiabilidade de seções de vigas de concreto armado sem e com reforço com compósitos de fibras de carbono. Na análise de confiabilidade desenvolvida foram consideradas como variáveis aleatórias o carregamento, as resistências do aço e do concreto, e a resistência à tração dos compósitos de fibras de carbono com propriedades estatísticas determinadas com base nos resultados dos ensaios realizados no laboratório de Estruturas e Materiais do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio (LEM-DEC). Exemplos de dimensionamento de seções de vigas de concreto armado submetidas à força cortante e à flexão foram realizados inicialmente por métodos semi-probabilísticos e depois utilizando a metodologia proposta baseada em confiabilidade. A análise dos resultados mostra a viabilidade de um projeto baseado em confiabilidade usando um índice de probabilidade de falha determinado para cada tipo de projeto aliando economia e segurança. / [en] In Brazil, the design of reinforced concrete structures follows the recommendations of Brazilian standard NBR 6118-2003. The Brazilian standard uses the methodology of semi-probabilistic design that does not quantify the probability of failure of a structural element. The reliability analysis of structures is a tool that allows the calculation of probability of failure associated with a limit state and also the design for a given probability of failure. This work aims to develop a methodology that enables the Reliability-based-design of concrete beams sections with and without strengthening with carbon fiber composites. In the reliability analysis were considered as random variables the loads, the compression concrete strenght, yield strenght, and tensile strength of carbon fiber composites with certain statistical properties based on the results of tests performed in the Structures and Materials laboratory at PUC-Rio (LEM-DEC). Examples of reinforced concrete beams strengthened with CFC were performed initially by semi-probabilistic methods and then using the proposed methodology based on reliability. The analysis shows the feasibility of a Reliability-baseddesign using a reliability index of failure probability determined for each type of project combining economy and safety.

[pt] O comportamento de vigas de concreto armado com barras de polímero reforçado com fibras de vidro (PRFV) submetidas ao esforço cortante tem diferenças quando comparada ao tradicional uso de armaduras de aço. O relativo baixo módulo de elasticidade e menor resistência ao carregamento transversal de barras de PRFV alteram a ação dos mecanismos de resistência e cinemática da fissura crítica ao cortante. Nesse contexto, a aplicação de fibras dispersas na matriz de concreto se coloca como uma possibilidade para buscar a redução da flexibilidade desse tipo de elemento. Sendo assim, este trabalho investiga o comportamento experimental de quatro vigas de concreto armado com barras de PRFV sem e com estribos e fibras de basalto. Utilizando-se da técnica de Correlação de Imagem Digital (CID), os campos de deslocamentos do vão de ruptura foram mapeados e, por meio de modelos constitutivos dos mecanismos resistentes à força cortante disponíveis na literatura, analisou-se o comportamento resistente das vigas. A quantificação de resistência através dos modelos constitutivos apresentou uma satisfatória correlação com os resultados experimentais. Além disso, a análise possibilitou uma melhor compreensão da contribuição dos mecanismos resistentes em diferentes estágios de carregamento. / [en] The shear behavior of reinforced concrete beams with Glass Fiber Reinforced Polymer Bars (GFRP) has differences when compared to traditional steel reinforcement. The relative low modulus of elasticity and the lower resistance to transverse loading of GFRP bars change the resistance mechanisms and kinematics of the critical shear crack. In this context, the application of dispersed fibers in the concrete matrix may be used to try to reduce the flexibility of this type of element. Therefore, this work investigates the experimental behavior of four reinforced concrete beams with GFRP bars with and without stirrups and basalt fibers. By using Digital Image Correlation (DIC) technique, the displacement fields of the failure span were mapped and, by means of constitutive models of the shear resistant mechanisms available in the literature, the resistant behavior of the beams was analyzed. The evaluation of resistance mechanisms through the constitutive models showed a satisfactory correlation with the experimental results. In addition, the analysis provided a better understanding of the contribution of each resistant mechanisms at different stages of loading.

[pt] Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional gráfico-interativa para a verificação de vigas de concreto protendido com pós-tração aderente ao estado limite de serviço, de acordo com a norma brasileira NBR 6118:2014. A ferramenta é uma extensão (addin) para o Autodesk Robot Structural Analysis Professional , que serve como plataforma de modelagem estrutural. A partir de dados fornecidos pelo usuário através de uma interface gráfica, o programa desenvolvido calcula todas as perdas de protensão que ocorrem ao longo da vida-útil da estrutura, assim como os carregamentos equivalentes à protensão durante este período. O trabalho apresenta os métodos de cálculo tradicionais das perdas imediatas e diferidas, obtidos da NBR 6118, e as modificações que tiveram que ser feitas para permitir um cálculo incremental. Exemplos de utilização do programa e dos cálculos necessários também são apresentados e comprovam, pelos bons resultados obtidos, o acerto na escolha da metodologia escolhida. Como resultado, a ferramenta apresenta duas saídas: uma planilha contendo os esforços e as tensões atuantes na viga ao longo de sua vida-útil e verificações destes valores em relação aos limites estabelecidos para o estado limite de serviço; e o modelo estrutural no Robot apresenta os carregamentos equivalentes da protensão. O usuário pode então adotar estes carregamentos em demais cálculos da estrutura, enquanto a planilha pode ser utilizada para verificar com facilidade se a protensão atende às condições de serviço. / [en] This work presents the development of an interactive graphics computational tool for the verification of prestressed concrete beams with posttensioned bonded tendons to the serviceability limit state stress check according to the Brazilian code NBR 6118:2014. The tool is an add-in for Autodesk Robot Structural Analysis Professionalr, which serves as a structural modeling platform. With data supplied by the user through a graphics user interface, the program here developed calculates all relevant prestress losses that occur throughout the structure s life-cycle, along with the prestressing s equivalent loads during this period. The traditional calculation methods, obtained in the NBR 6118, are presented along with the modifications which had to be implemented in order to allow for incremental loss calculations. Usage examples and the necessary calculations are presented and, through the results obtained, validate the adopted methodology. As results, the program presents two outputs: a spreadsheet containing the resultant forces and stresses and a check of these values with respect to the permissible stresses in the serviceability limit state; and the Robot model presents the prestress equivalent loads. The user may then use these loads in additional calculations. The spreadsheet may be used to easily check if the prestress is sufficient with respect to serviceability conditions.

[pt] O objetivo deste trabalho é contribuir para um melhor entendimento do comportamento à força cortante de vigas de concreto armado sem e com fibras de aço via seus mecanismos resistentes. Para isto, foi feita ampla revisão do estado da arte e, com base nesta revisão, planejado o estudo experimental realizado. Este estudo contemplou quatro composições de concretos que visaram resistência à compressão em torno de 40MPa, variando-se o teor em volume (Vf = 0,0 por cento, 0,5 por cento ou 1,0 por cento) e o fator de forma das fibras (lf/df = 45 ou 80). Além dos ensaios de caracterização dos materiais, realizaram-se ensaios para estudo dos efeitos de pino e de engrenamento dos agregados, além de ensaios de vigas sem estribos com relação entre vão de cisalhamento e altura útil igual a 2,55. Constatou-se influência de Vf(lf/df) nos efeitos de pino e de engrenamento dos agregados, bem como no comportamento das vigas. O emprego da Correlação de Imagem Digital (CID) permitiu acompanhar a fissuração dos espécimes ensaiados e a obtenção de informações para a proposição de modelos teóricos para análise dos efeitos de pino e de engrenamento dos agregados. Os dados de fotogrametria obtidos nos ensaios das vigas permitiram avaliar a formação e a cinemática da fissura diagonal crítica e, com base nesses dados e nos modelos aqui propostos e em outros apresentados na literatura, buscou-se analisar a contribuição dos mecanismos resistentes em diferentes estágios de carregamento. Foi possível observar que vigas semelhantes podem apresentar posição, forma e cinemática da fissura crítica diferenciadas, embora com respostas globais próximas. Em decorrência disso, as contribuições dos mecanismos resistentes também resultam diferentes. / [en] The objective of this work is to contribute to a better understanding of the shear behavior of reinforced concrete beams without and with steel fibers via their resistant mechanisms. For this, a comprehensive review of the state of the art was made and, based on this review, the experimental study carried out was planned. This study contemplated four concrete compositions that aimed a concrete compressive strength around 40MPa, varying the volume content (Vf = 0.0 percent, 0.5 percent or 1.0 percent) and the aspect ratio of the fibers (lf /df = 45 or 80). In addition to the materials characterization tests, tests were carried out to study the dowel action and the aggregate interlock effects and also tests of beams without stirrups with span to effective depth ratio of 2.55. Influence of Vf(lf/df) in the dowel action and the aggregate interlock effects, as well as in the behavior of the beams was observed. The use of Digital Image Correlation (DIC) allowed monitoring the cracking of the tested specimens and to obtain information that led to theoretical models to analyze the dowel action and the aggregate interlock effects. The obtained photogrammetry data during the beams tests made it possible to follow the formation and kinematics of the critical diagonal crack and, based on these data and on the models proposed here and on others presented in the literature, the contribution of the resistant mechanisms in different loading stages was analyzed. It was possible to observe that similar beams may present differentiated position, shape and kinematics of the critical diagonal crack, although with similar global responses. As a result, the contributions of the resistant mechanisms are also different.

[pt] Este trabalho tem como objetivo avaliar a resistência à força cortante de vigas de concreto reforçado com barras de fibras de vidro e investigar a contribuição dos diferentes mecanismos de transferência do esforço cortante para a resistência final da viga. Um programa experimental foi conduzido, incluindo ensaios para: caracterização do material, para avaliar o efeito de pino, para avaliar o engrenamento dos agregados e, por fim, ensaios de flexão de quatro pontos em vigas. Diferentes parâmetros foram investigados, como a quantidade de barras longitudinais para o efeito de pino, dimensão máxima do agregado graúdo para engrenamento dos agregados e a presença de estribos para os ensaios de vigas. O monitoramento do desenvolvimento da fissura crítica foi realizado com auxílio de correlação de imagem digital (digital image correlation, DIC, em inglês). Os resultados mostraram que não foi evidenciada diferença no comportamento de efeito de pino e de engrenamento dos agregados através dos ensaios realizados. Para os ensaios de vigas, observou-se que todos os espécimes apresentaram ruptura por tração da diagonal crítica e, para vigas sem estribos, a ação do efeito de pino pareceu contribuir significativamente para a resistência ao cisalhamento após a fissura, quando a carga diminui e as deflexões aumentam, resultado do menor engrenamento dos agregados à medida que a fissura se abre. Foi observado que a presença de estribos aumentou em até três vezes a resistência ao cortante das vigas ensaiadas e que houve ruptura do estribo na parte da dobra. / [en] This work aims to evaluate the shear strength of reinforced concrete beams with glass fiber reinforced polymer bars and to investigate qualitatively the contribution of the different shear transfer mechanisms to the final strength of the beam. An experimental program was conducted, including material characterization, dowel action tests, push-off tests, and finally, four-point bending tests on beams. Different parameters were investigated, such as the number of longitudinal bars for dowel action effect, maximum size of the coarse aggregate for aggregate interlock and the presence of stirrups for the beam tests. The monitoring of the development of the critical crack was performed with the aid of digital image correlation (DIC). The results showed that there was no difference in the behavior of the dowel action effect and the aggregate interlock through the tests performed. For beam tests, it was observed that all the specimens exhibited a concrete diagonal tension failure and for beams without stirrups, dowel action seemed to provide significant contribution to the shear strength after the crack, when the load reduces and the deflections increases, resulting from the loss of aggregate interlock as the crack opens. It was also observed that the presence of stirrups increased up to three times the shear strength of the beams tested and that there was rupture of the stirrup at the bent region.