Orientador: Armando Lopes Moreno Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-13T04:09:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LeiteJunior_GeraldoSilveira_D.pdf: 5865663 bytes, checksum: d49ee862fe97f6a26434a033e8947468 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho, foi investigado em laboratório o efeito do fogo em colunas esbeltas de aço sem preenchimento e preenchidas com concreto de alta resistência que foram submetidas a três diferentes níveis de carga (30%, 50% e 70%). O nível de carga é a razão entre a carga axial a ser aplicada em situação de incêndio e a carga última obtida no ensaio da coluna à temperatura ambiente. Assim sendo, colunas esbeltas de aço sem preenchimento e preenchidas com concreto de alta resistência também foram investigadas à temperatura ambiente, uma vez que os resultados obtidos nessa situação serviram de referência para o estabelecimento das cargas axiais que foram aplicadas em situação de incêndio. Ao todo, foram investigadas 32 colunas esbeltas, sendo 4 sem preenchimento e 4 preenchidas com concreto de alta resistência em temperatura ambiente. Além dessas colunas, 12 foram ensaiadas sem preenchimento e 12 preenchidas com concreto de alta resistência em situação de incêndio. Os valores experimentais de carga última obtidos com as colunas de aço sem preenchimento e preenchidas com concreto de alta resistência à temperatura ambiente e em situação de incêndio foram comparados a aqueles determinados a partir da formulação proposta respectivamente pelo EUROCODE 3 (prEN 1993-1-1:2001), EUROCODE 4 (prEN1994-1-1:2003), EUROCODE 3 (prEN 1993-1-2:2002) e pelo EUROCODE 4 (prEN1994-1-2:2002), além de outras propostas de pesquisadores que foram encontradas na escassa literatura sobre o assunto. Como parte numérica, os resultados obtidos para as colunas mistas em situação de incêndio foram comparados a aqueles determinados por meio da utilização de dois softwares, que foram o SuperTempCalc e o PotFire. Ao final, observou-se que o preenchimento das colunas esbeltas de aço com concreto de alta resistência, propiciou melhorias significativas no tempo de resistência ao fogo dessas colunas, porém, comprovou-se que, de forma geral, somente as colunas em situação de incêndio que atingiram o tempo mínimo de resistência ao fogo, estipulado tanto no EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002), quanto na NBR 14432 (2000) em 30 minutos, foram as que apresentaram os resultados mais satisfatórios. / Abstract: In this work, it was investigated in laboratory the effect of fire in slender steel columns unfilled and filled with high strength concrete submitted to three different levels of axial load (30%, 50% and 70%), which is the relation between the axial load to be applied in fire situation and the ultimate load obtained in the column test to room temperature. So, slender steel columns unfilled and filled with high strength concrete were also investigated to room temperature, once the results obtained in this situation have served of reference to the establishment of axial loads applied in fire situation. Altogether 32 slender columns were tested, being 4 unfilled and 4 filled with high strength concrete in room temperature. Besides these columns, 12 were tested filled with high strength concrete in fire situation and 12 unfilled. The experimental values of ultimate load obtained with steel columns unfilled and filled with high strength concrete to room temperature and in fire situation were compared to those determinated from the formulation proposed by EUROCODE 3 (prEN 1993-1-1:2001), EUROCODE 4 (prEN1994-1-1:2003), EUROCODE 3 (prEN 1993-1-2:2002) and EUROCODE 4 (prEN1994-1-2:2002), besides others researchers' proposals found in scarce literature about the subject. As a numeric part, the results obtained for mixed columns in fire situation were compared to those determinated by means of using two softwares, the SuperTempCalc and the PotFire. At the end, it was observed that the filling of slender steel columns with high strength concrete have provided significant improvement in the time of resistance to fire in these columns, but it was proved that, in general, only the columns in fire situation which reached the minimum time to fire resistance, stipulated in EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002), as in NBR 14432 (2000) in 30 minutes, were the ones that have presented the most satisfactory results. / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Neste trabalho analisa-se a resistência à punção e a ductilidade das ligações laje-pilar em doze modelos de lajes-cogumelo de concreto armado, nas quais se efetuam combinações de emprego de concreto de alta resistência, diferentes volumes de fibras de aço e uso de armadura transversal na forma de conectores de aço tipo pino. Todas as lajes são quadradas com 1160 mm de lado e 100 mm de espessura. A armadura de flexão foi composta de barras de aço de 10 mm espaçadas de tal forma a resistir a um momento fletor único em ambas direções. Os conectores, quando utilizados, foram dispostos radialmente e compostos de barras de aço de 6.6 mm soldadas a segmentos de ferro chato nas duas extremidades. Para avaliar a capacidade resistente dos modelos de ligação laje-pilar e observar o ganho de ductilidade que as fibras proporcionam, foram ensaiados segmentos-de-laje, os quais representam uma faixa destes modelos de ligação laje-pilar. Foi utilizado um sistema de ensaio dotado de atuador hidráulico servo-controlado, programado para ensaio com deformação controlada e aquisição contínua dos dados, o que permitiu a avaliação do comportamento pós-pico de resistência e a realização de medições de resistência residual. Várias hipóteses de cálculo foram utilizadas para avaliar a resistência última das ligações laje-pilar. Empregou-se um critério de classificação para caracterizar o tipo de ruptura em: punção ou flexão predominante ou uma combinação de punção-flexão. Constatou-se que o emprego de concreto de alta resistência, juntamente com armadura transversal, aumenta substancialmente a resistência da ligação laje-pilar, e quando combinado com fibras de aço, consegue-se um considerável aumento da ductilidade. / This work analyses the punching shear resistance and ductility of slab-column connections on twelve concrete flat slab models. The model characteristics resulted from combinations of the application of high or ordinary strength concrete, different steel fiber volume fractions and use or not of shear reinforcement. All the slabs are square with 1,160 mm of side and 100 mm of thickness. The main flexural reinforcement was composed of 10 mm steel bars spaced in such a way to resist to the same bending moment in both directions. When used, the shear reinforcement of steel studs were disposed in radial directions and consisted of 6.6 mm steel bars welded to flat steel segments in their ends. To evaluate the resistant capacity of slab-column connection models and to observe the ductility that the fibers provide, they were rehearsed segments-of-slab, which represents a strip of these slab-column connection models. A testing system with a servo-controlled hydraulic jack was used and it was programmed for a controlled deformation test and continuous data acquisition. This method allowed the evaluation of the post-peak strength behavior and the measurement of residual resistance forces. Several calculations hypotheses were used to evaluate the ultimate strength of the slab-column connections. A classification criterium was applied to characterize the failure type as: predominant punching or flexure or a combination of punching-flexure. It was verified that the application of high strength concrete, together with shear reinforcement, increases substantially the slab-column connection strength, and, when combined with steel fibers, a considerable ductility increase is achieved.

Este trabalho aborda o estudo de pilares preenchidos flexo-comprimidos e algumas ligações viga-pilar preenchido. Para ambos, são realizadas experimentações com modelos físicos e numéricos, sendo que para os pilares preenchidos um amplo estudo paramétrico foi desenvolvido. Ao todo, foram ensaiados 13 pilares preenchidos flexo-comprimidos, cujos valores de força última são comparados com aqueles provenientes da simulação numérica via programa CFT e, os demais resultados, comentados e discutidos. Aferido, o programa CFT foi utilizado no estudo paramétrico com o intuito de avaliar a influência de parâmetros como resistência dos materiais, excentricidade da força axial, eixo de flexão e relação lado/espessura na capacidade resistente do pilar preenchido. Quanto às ligações viga-pilar, foram ensaiadas 4 tipologias de ligação, sendo duas compostas por chapas de extremidade e parafusos passantes e duas soldadas, sendo uma delas enrijecida por cantoneiras soldadas no interior do perfil tubular. Discutem-se os resultados, sobretudo quanto ao comportamento momento-rotação das tipologias investigadas. As ligações também foram investigadas via simulação numérica e os resultados obtidos permitiram elaborar diretrizes para o aprimoramento de tais simulações. Por fim, são apresentadas as conclusões pertinentes a este trabalho e recomendações para novas pesquisas / This research thesis presents a study of concrete filled steel columns subjected to combined bending and compression and beam-column connections. In both cases, tests were conducted on physical and numerical models, resulting in the development of a wide range of parametric studies for the case of the concrete filled steel columns. 13 concrete filled steel columns were tested under combined bending and compression loads whose ultimate values were compared to ultimate forces obtained from numerical simulations using the CFT computer program. After calibration, the computer program was used in the parametric study with the aim of verifying the influence of parameters, such as the material strength, eccentricity of the axial force, bending axis and breadth/thickness relation, on the ultimate load carrying capacity of the concrete filled steel columns. With respect to the beam-column connections, four types of connections were tested, two of them composed of endplate and bolts, while the other two were welded, with one of them stiffened by an angle steel placed inside the steel tube. The obtained results are discussed, giving more emphasis to the bending moment-rotation behaviour of the tested specimens. The beam-column connections were also investigated numerically. The obtained results permit the laying out of important directives for the improvement of such numerical simulation tools as the one employed in the present thesis. Lastly, pertinent conclusions relative to this thesis and recommendations for future research are presented

Tradicionalmente no reforço de pilares de concreto armado são empregados materiais já consagrados, como as chapas de aço, o próprio concreto armado, e, mais recentemente, o polímero reforçado com fibras (PRF). Porém existem ainda alguns problemas associados a estes materiais ou, mais especificamente, às técnicas utilizadas para promover o reforço, destacando-se a dificuldade de execução, comportamento frágil e perda de área útil em função do aumento da seção transversal do pilar original. Por outro lado, o desenvolvimento da tecnologia dos materias e a constante inovação tecnológica tem como resultado a oferta de uma grande variedade de materiais com características orientadas à solução de um determinado problema. Cita-se como exemplo o concreto reforçado com fibras de aço, inicialmente desenvolvido para aplicação em elementos submetidos à flexão, mas que apresenta atributos, que se bem explorados, são desejáveis para aplicação no reforço de pilares. Busca-se neste trabalho desenvolver estratégias e técnicas de reforço que busquem potencializar o aproveitamento de todos os atributos oferecidos pelos materiais comumente empregados e desenvolver um concreto reforçado com fibras de aço com diferentes comprimentos que possibilite sua aplicação no reforço de pilares. Os resultados da análise experimental demonstram que a escolha do material, da estratégia e técnica de reforço são fatores decisivos para aliar o melhor aproveitamento dos materiais empregados e o atendimento às exigências de projeto. Conclui-se ainda que a associação de fibras de aço de diferentes comprimentos possibilita a utilização do concreto reforçado com fibras no reforço de pilares de concreto, tendo como grande virtude a facilidade de execução, se comparado com o concreto armado. / Tradicionally the strengthening of reinforced concrete columns uses materials well known, such as steel plates, the reinforced concrete, and, more recently, fiber reinforced polymer (FRP). But there are still some problems associated with these materials, or more specifically, with the used techniques, specially the difficulty of implementation, brittle behavior and loss free space due to the increase of the original cross section of the column. On the other hand, the materials technology development and the constant innovation has resulted in the provision of a wide variety of materials with specifics caracteristics to solving a particular problem. For example, steel fiber reinforced concrete, originally developed for use in elements subject to bending, but it has some attributes, which if are well explored, are desirable for use in strengthening columns. This work presents the development of strategies and techniques that optimize the o use all the attributes offered by the commonly used materials, and develop a different lengths steel fiber reinforced concrete to enable its application on columns strengthening. The results of experimental analysis show that the choice of material, strategy and technique of strengtheningt is a key factor to combine the best use of the materials used and the design requirements. It is also concluded that the combination of steel fibers of different lengths allows the use of steel fibers reinforced concrete on the strengthening of concrete columns, with the great virtue of the ease of implementation, compared to the reinforced concrete.

O concreto autoadensável (CAA) tem a capacidade de fluir por obstáculos, preenchendo as fôrmas e resistindo à segregação, entretanto esse concreto apresenta proporção pasta-agregado alta, o que ocasiona um maior desprendimento de calor durante a hidratação do cimento bem como maior suscetibilidade a retração. Os cimentos oriundos da utilização de subprodutos industriais vêm ganhando atenção, devido à preocupação ambiental, sendo um deles o cimento supersulfatado (CSS). O CSS tem como constituintes a escória granulada de alto forno (80-90%), fonte de sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino (até 5%), podendo, este último, ser o próprio clínquer Portland. Além do baixo gasto energético e da redução de emissão de CO2 o CSS, pode-se destacar pelo consumo de resíduos industriais que seriam descartados ao meio ambiente. Como principais características, este aglomerante apresenta baixo calor de hidratação e maior formação de etringitta nas primeiras idades, o que poderia viabilizar seu uso como um compensador de retração, características desejáveis no concreto autoadensável (CAA). Este trabalho busca estudar a adequação do CSS na produção de CAA e, para isso, dosou-se concretos autoadensáveis, utilizando o CSS e o cimento Portland pozolânico (CP IV) como referência, por ser um cimento de baixo calor de hidratação. Realizaram-se ensaios de autoadensibilidade, calor de hidratação, retração plástica e por secagem, módulo de elasticidade aos 28 dias, resistência à compressão aos 7,28 e 56 dias, absorção de água aos 28 dias e MEV aos 7 e 28 dias de hidratação. Os CAA’s produzidos com CSS apresentaram resultados superiores do que os produzidos com o CP IV que atenderam aos limites estabelecidos da NBR 15823 (2010) e, além disso, apresentaram menor taxa de liberação de calor e calor total liberado. O CSS obteve maiores valores de retração plástica, porém para retração por secagem o mesmo apresentou uma compensação de retração aos 28 dias de hidratação, apresentando valores inferiores ao CP IV. O CAA dosado com CP IV apresentou melhor desempenho na resistência mecânica, módulo de elasticidade e absorção de água, porém, apesar da menor resistência, o CSS apresentou valores que podem ser aplicados para diversas situações da construção civil, pois chegou a valores próximos a 40 MPa aos 28 dias. / SCC has the ability to flow through obstacles, filling the molds and resisting to segregation. However, this type of concrete has high cement paste-aggregate ratio, which causes higher heat release during cement hydration as well as higher susceptibility to retraction. Cements native from factory sub products are gaining attention due to environmental issues, being one of these the super sulfated cement (SSC). SSC has in its constitution granulated blast furnace slag (80%-90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator (up to 5%), possibly Portland clinker. Besides low energy expense and a reduction in CO2 emission, SSC might stand out by its usage of factory waste which would be discarded to the environment. As its main characteristics, this type of binder presents low hydration heat release and higher formation of ettringite in the earlier ages, which could make it feasible to be used as a retraction compensator, characteristics desired in self-compacting concrete (SCC). This thesis studies the adequacy of SSC in SCC production, and for that reason SCC mixes were dosed using SSC and pozzolanic Portland cement type CP IV for benchmarks, as it is a low hydration heat release type of cement. Self-compacting tests were performed, as well as hydration heat tests, drying and plastic shrinkage, elasticity modulus at 28 days, axial compression resistance at the ages of 7, 28 and 56 days, water absorption at 28 days and SEM at 7 and 28 days of hydration. SCC’s produced with SSC presented superior results compared to CP IV cements that attended to the established limits is NBR 15823 (2010). SSC exhibited higher values for plastic shrinkage, but for drying shrinkage it presented retraction compensation at 28 days of hydration, showing inferior values compared to CP IV. SCC mixed with CP IV exhibited better performance on mechanical resistance, elasticity modulus and water absorption, but, despite its inferior resistance, SSC presented values that could be applied to a variety of situations in civil construction because its values reached around 40 MPa at 28 days.

Este trabalho aborda o estudo de pilares preenchidos flexo-comprimidos e algumas ligações viga-pilar preenchido. Para ambos, são realizadas experimentações com modelos físicos e numéricos, sendo que para os pilares preenchidos um amplo estudo paramétrico foi desenvolvido. Ao todo, foram ensaiados 13 pilares preenchidos flexo-comprimidos, cujos valores de força última são comparados com aqueles provenientes da simulação numérica via programa CFT e, os demais resultados, comentados e discutidos. Aferido, o programa CFT foi utilizado no estudo paramétrico com o intuito de avaliar a influência de parâmetros como resistência dos materiais, excentricidade da força axial, eixo de flexão e relação lado/espessura na capacidade resistente do pilar preenchido. Quanto às ligações viga-pilar, foram ensaiadas 4 tipologias de ligação, sendo duas compostas por chapas de extremidade e parafusos passantes e duas soldadas, sendo uma delas enrijecida por cantoneiras soldadas no interior do perfil tubular. Discutem-se os resultados, sobretudo quanto ao comportamento momento-rotação das tipologias investigadas. As ligações também foram investigadas via simulação numérica e os resultados obtidos permitiram elaborar diretrizes para o aprimoramento de tais simulações. Por fim, são apresentadas as conclusões pertinentes a este trabalho e recomendações para novas pesquisas / This research thesis presents a study of concrete filled steel columns subjected to combined bending and compression and beam-column connections. In both cases, tests were conducted on physical and numerical models, resulting in the development of a wide range of parametric studies for the case of the concrete filled steel columns. 13 concrete filled steel columns were tested under combined bending and compression loads whose ultimate values were compared to ultimate forces obtained from numerical simulations using the CFT computer program. After calibration, the computer program was used in the parametric study with the aim of verifying the influence of parameters, such as the material strength, eccentricity of the axial force, bending axis and breadth/thickness relation, on the ultimate load carrying capacity of the concrete filled steel columns. With respect to the beam-column connections, four types of connections were tested, two of them composed of endplate and bolts, while the other two were welded, with one of them stiffened by an angle steel placed inside the steel tube. The obtained results are discussed, giving more emphasis to the bending moment-rotation behaviour of the tested specimens. The beam-column connections were also investigated numerically. The obtained results permit the laying out of important directives for the improvement of such numerical simulation tools as the one employed in the present thesis. Lastly, pertinent conclusions relative to this thesis and recommendations for future research are presented

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Suelio da S Araujo.pdf: 1201670 bytes, checksum: d9dc94ec3063ff4a2fbf8af7ce722d6b (MD5) Previous issue date: 2011-08-15 / The knowledge of the compressive strength and static modulus of elasticity is fundamental to the study of deformations of concrete, since deformations can cause cracks that compromise both the structural behavior of the element and serve as an entry to deleterious agents. For purposes of correlating values of compressive strength and static modulus of elasticity of concrete, cylinders were cast with different strengths, different types of strain measurements were taken, different specimen sizes and the loading speed of the testing machine. The specimens were tested at the age of 28 days to determine the compressive strength and static module of elasticity according to ABNT NBR 8522:2008, using different types of strain measurement devices: two mechanical dial indicators, surface bonded strain gages, clip gauges and LVDT (Linear Variable Differential Transducer). Two hundred and fifty eight specimens were cast with dimensions 150 mm x 300 mm and 100 mm x 200 mm using conventional normal strength concrete (NC - Class C30) and high strength concrete (HSC - Class C60). The experimental program was divided into two stages. First the static modulus of elasticity of concrete was measured to evaluate the accuracy of the method using different measuring devices and the accuracy of the method to a loading speed of 0.6 MPa/s. Then, the modulus of elasticity using different deformation measuring devices at a loading speed of 0.3 MPa/s and 0.6 MPa/s was measured. As for concrete NC and HSC, it was found that the specimens 100 mm x 200 mm obtained higher dispersion in relation to 150 mm x 300 mm specimens. In the first stage of the research, 100 mm x 200 mm specimens showed a higher dispersion when using mechanical dial gages and LVDT. The 150 mm x 300 mm NC class C30 specimens showed greater dispersion when using in mechanical dial gages and external strain gages. However, the HSC showed higher dispersion when mechanical dial gages and LVDT were used. In both concretes tested, the mechanical dial gages showed greater dispersion. In the second stage of the research, 150 mm x 300 mm specimens tested at the loading speed of 0.3 MPa/s showed greater dispersion when electrical strain gages and clip gauges were used. The 150 mm x 300 mm specimens tested at loading speed of 0.6 MPa/s showed greater dispersion when electrical strain gages and mechanical dial gages were used. / O conhecimento da resistência à compressão e do módulo estático de elasticidade é fundamental para o estudo das deformações do concreto, uma vez que as deformações podem gerar fissuras capazes de comprometer tanto o comportamento estrutural do elemento de concreto, como servir de caminho de entrada aos agentes deletérios. Não só fissuras, mas também deformações excessivas. Para fins de correlação de valores de resistência à compressão e módulo estático de elasticidade do concreto, foram moldados corpos-de-prova variando-se a classe do concreto, o tipo de medidores de deformação, a dimensão do corpo-de-prova e a velocidade de carregamento da máquina de ensaio. Os corpos-de-prova foram ensaiados na idade de 28 dias para determinação da resistência à compressão e do módulo estático de elasticidade, normalizado pela ABNT NBR 8522:2008, utilizando-se diferentes tipos de medidores de deformação, a saber: compressômetro mecânico com dois relógios comparadores acoplados, extensômetro elétrico resistivo de colagem superficial ( strain gage ), extensômetro elétrico resistivo de fixação externa ( clip gage ) e LVDT (Transdutor Diferencial de Variação Linear). Foram moldados 258 corpos-de-prova com dimensões 150 mm x 300 mm e 100 mm x 200 mm utilizando concreto convencional de resistência normal (CC Classe C30) e concreto de alta resistência (CAR Classe C60). O programa experimental foi dividido em duas etapas: a primeira contemplou o estudo do módulo estático de elasticidade do concreto para avaliação da precisão do método utilizando diferentes medidores de deformação e da acurácia do método com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio em um nível: 0,6 MPa/s. A segunda etapa contemplou o estudo de determinação do módulo estático de elasticidade utilizando diferentes medidores de deformação com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio em dois níveis: 0,3 MPa/s e 0,6 MPa/s. Quanto ao concreto Classe C30 e CAR, verificou-se que os corpos-de-prova de dimensão 100 mm x 200 mm apresentaram maior dispersão em relação aos corpos-de-prova de dimensão 150 mm x 300 mm. Na primeira etapa da pesquisa, quanto à dimensão 100 mm x 200 mm, verificou-se que o concreto Classe C30 e o concreto de alta resistência (CAR) apresentou maior dispersão nos medidores de deformação compressômetro mecânico e LVDT. Quanto à dimensão 150 mm x 300 mm, verificou-se que o concreto Classe C30 apresentou maior dispersão nos medidores de deformação compressômetro mecânico e extensômetro elétrico de fixação externa. Já no concreto de alta resistência (CAR) apresentou maior dispersão nos medidores de deformação compressômetro mecânico e LVDT. Em ambas as classes de concreto ensaiadas, o medidor de deformação compressômetro mecânico apresentou maior dispersão. Na segunda etapa da pesquisa, quanto à dimensão 150 mm x 300 mm ensaiada com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio de 0,3 MPa/s, verificou-se que apresentou maior dispersão nos medidores de deformação extensômetro elétrico de colagem superficial e extensômetro elétrico de fixação externa. Quanto à dimensão 150 mm x 300 mm ensaiada com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio de 0,6 MPa/s, verificou-se que apresentou maior dispersão nos medidores de deformação extensômetro elétrico de colagem superficial e compressômetro mecânico.

Tradicionalmente no reforço de pilares de concreto armado são empregados materiais já consagrados, como as chapas de aço, o próprio concreto armado, e, mais recentemente, o polímero reforçado com fibras (PRF). Porém existem ainda alguns problemas associados a estes materiais ou, mais especificamente, às técnicas utilizadas para promover o reforço, destacando-se a dificuldade de execução, comportamento frágil e perda de área útil em função do aumento da seção transversal do pilar original. Por outro lado, o desenvolvimento da tecnologia dos materias e a constante inovação tecnológica tem como resultado a oferta de uma grande variedade de materiais com características orientadas à solução de um determinado problema. Cita-se como exemplo o concreto reforçado com fibras de aço, inicialmente desenvolvido para aplicação em elementos submetidos à flexão, mas que apresenta atributos, que se bem explorados, são desejáveis para aplicação no reforço de pilares. Busca-se neste trabalho desenvolver estratégias e técnicas de reforço que busquem potencializar o aproveitamento de todos os atributos oferecidos pelos materiais comumente empregados e desenvolver um concreto reforçado com fibras de aço com diferentes comprimentos que possibilite sua aplicação no reforço de pilares. Os resultados da análise experimental demonstram que a escolha do material, da estratégia e técnica de reforço são fatores decisivos para aliar o melhor aproveitamento dos materiais empregados e o atendimento às exigências de projeto. Conclui-se ainda que a associação de fibras de aço de diferentes comprimentos possibilita a utilização do concreto reforçado com fibras no reforço de pilares de concreto, tendo como grande virtude a facilidade de execução, se comparado com o concreto armado. / Tradicionally the strengthening of reinforced concrete columns uses materials well known, such as steel plates, the reinforced concrete, and, more recently, fiber reinforced polymer (FRP). But there are still some problems associated with these materials, or more specifically, with the used techniques, specially the difficulty of implementation, brittle behavior and loss free space due to the increase of the original cross section of the column. On the other hand, the materials technology development and the constant innovation has resulted in the provision of a wide variety of materials with specifics caracteristics to solving a particular problem. For example, steel fiber reinforced concrete, originally developed for use in elements subject to bending, but it has some attributes, which if are well explored, are desirable for use in strengthening columns. This work presents the development of strategies and techniques that optimize the o use all the attributes offered by the commonly used materials, and develop a different lengths steel fiber reinforced concrete to enable its application on columns strengthening. The results of experimental analysis show that the choice of material, strategy and technique of strengtheningt is a key factor to combine the best use of the materials used and the design requirements. It is also concluded that the combination of steel fibers of different lengths allows the use of steel fibers reinforced concrete on the strengthening of concrete columns, with the great virtue of the ease of implementation, compared to the reinforced concrete.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A evolução dos concretos utilizados nas últimas décadas deu origem ao Concreto de Alto Desempenho (CAD), que tem, entre suas características, alta resistência à compressão e baixa permeabilidade. Com o desenvolvimento dos produtos químicos utilizados na construção civil, em especial os superplastificantes e superfluidificantes, a utilização desse tipo de concreto tornou-se cada vez mais freqüente pela possibilidade de se obter uma mistura suficientemente trabalhável utilizando-se fatores água/cimento menores do que 0,35. Devido à sua microestrutura mais homogênea, esse tipo de concreto apresenta um comportamento mais frágil do que os concretos convencionais, exigindo uma melhor caracterização do material. A partir do final da década de 70 começou-se a aplicar os conceitos da Mecânica da Fratura para análise do comportamento de estruturas construídas com esse tipo de concreto. Como em algumas situações a resistência nominal de peças de concreto diminui com o aumento de suas dimensões, houve a necessidade de se considerar o efeito de escala das estruturas a fim de se obter níveis de segurança mais adequados no seu dimensionamento, o que justificou a utilização da Mecânica da Fratura. Neste trabalho a energia de fraturamento foi obtida experimentalmente pelo método do trabalho de fraturamento e pelo método do efeito de escala, por meio de ensaios estáveis de flexão de três pontos em amostras de concreto de alto desempenho com entalhe. Foi também desenvolvida a simulação numérica de uma viga com entalhe, analisada pelo método dos elementos finitos e empregando-se na modelagem constitutiva os conceitos da Mecânica da Fratura aplicada ao concreto. As vigas foram moldadas e ensaiadas no Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) na cidade de Nova Friburgo. Os ensaios foram realizados com controle de deslocamento da célula de carga. Foram ensaiadas três séries de 12 vigas, com quatro dimensões diferentes, geometricamente proporcionais, e três amostras para cada dimensão, totalizando 36 vigas. As alturas utilizadas para as vigas foram 38, 76, 152 e 304 mm, e sua espessura foi mantida constante igual a 38 mm. Os corpos de prova cilíndricos, para caracterização da resistência à compressão do concreto, foram moldados no IPRJ e rompidos no laboratório de engenharia civil da UERJ, na cidade do Rio de Janeiro. Os concretos utilizados apresentaram resistência à compressão média de 70 MPa. / The evolution of the concrete mixes used during the last decades gave birth to the High Performance Concrete (HPC), which, among its main characteristics, presents high strength and low permeability. With the development of chemical products used in civil engineering constructions, mainly the superplasticizers, the use of this kind of concrete has become more and more frequent due to the possibility of obtaining a workable mixture with a water/cement ratio lower than 0.35. Due to its more homogeneous microstructure, the HPC presents a more fragile behavior than the conventional concrete, demanding a better characterization of the material. At the end of the 1970s, concepts of the Fracture Mechanics started to be used for the analysis of the structural behavior of concrete structures. As the nominal stress of the material decreases as the size of the structure increases, it became necessary to consider this size effect in the analysis in order to obtain more suitable levels of security. This fact justifies the use of the Fracture Mechanics in the structural analysis of concrete structures. In this work, the fracture energy was experimentally obtained using the work-offracture method and the size effect method by performing three-point bend tests in HPC notched beams. It was also developed a numerical simulation of the tests, performing the analysis through the Finite Element Method and applying the concepts of the Fracture Mechanics of Concrete into the constitutive model. The notched beams were molded and tested at the Polytechnic Institute of the State University of Rio de Janeiro (IPRJ/UERJ), located in the city of Nova Friburgo. The tests were controlled by the vertical displacement of the load cell. Three series of twelve beams with four geometrically similar sizes were tested. Three samples for each size were cast, making an amount of 36 beams. The beams were 38, 76, 152 and 304 millimeters high and the width was kept constant equal to 38 millimeters. To characterize the concrete compression strength, 100x200 millimeters cylinders were molded at the IPRJ and tested at the UERJ civil engineering laboratory in the city of Rio de Janeiro. The tested concretes presented a medium compressive strength of 70 MPa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A evolução dos concretos utilizados nas últimas décadas deu origem ao Concreto de Alto Desempenho (CAD), que tem, entre suas características, alta resistência à compressão e baixa permeabilidade. Com o desenvolvimento dos produtos químicos utilizados na construção civil, em especial os superplastificantes e superfluidificantes, a utilização desse tipo de concreto tornou-se cada vez mais freqüente pela possibilidade de se obter uma mistura suficientemente trabalhável utilizando-se fatores água/cimento menores do que 0,35. Devido à sua microestrutura mais homogênea, esse tipo de concreto apresenta um comportamento mais frágil do que os concretos convencionais, exigindo uma melhor caracterização do material. A partir do final da década de 70 começou-se a aplicar os conceitos da Mecânica da Fratura para análise do comportamento de estruturas construídas com esse tipo de concreto. Como em algumas situações a resistência nominal de peças de concreto diminui com o aumento de suas dimensões, houve a necessidade de se considerar o efeito de escala das estruturas a fim de se obter níveis de segurança mais adequados no seu dimensionamento, o que justificou a utilização da Mecânica da Fratura. Neste trabalho a energia de fraturamento foi obtida experimentalmente pelo método do trabalho de fraturamento e pelo método do efeito de escala, por meio de ensaios estáveis de flexão de três pontos em amostras de concreto de alto desempenho com entalhe. Foi também desenvolvida a simulação numérica de uma viga com entalhe, analisada pelo método dos elementos finitos e empregando-se na modelagem constitutiva os conceitos da Mecânica da Fratura aplicada ao concreto. As vigas foram moldadas e ensaiadas no Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) na cidade de Nova Friburgo. Os ensaios foram realizados com controle de deslocamento da célula de carga. Foram ensaiadas três séries de 12 vigas, com quatro dimensões diferentes, geometricamente proporcionais, e três amostras para cada dimensão, totalizando 36 vigas. As alturas utilizadas para as vigas foram 38, 76, 152 e 304 mm, e sua espessura foi mantida constante igual a 38 mm. Os corpos de prova cilíndricos, para caracterização da resistência à compressão do concreto, foram moldados no IPRJ e rompidos no laboratório de engenharia civil da UERJ, na cidade do Rio de Janeiro. Os concretos utilizados apresentaram resistência à compressão média de 70 MPa. / The evolution of the concrete mixes used during the last decades gave birth to the High Performance Concrete (HPC), which, among its main characteristics, presents high strength and low permeability. With the development of chemical products used in civil engineering constructions, mainly the superplasticizers, the use of this kind of concrete has become more and more frequent due to the possibility of obtaining a workable mixture with a water/cement ratio lower than 0.35. Due to its more homogeneous microstructure, the HPC presents a more fragile behavior than the conventional concrete, demanding a better characterization of the material. At the end of the 1970s, concepts of the Fracture Mechanics started to be used for the analysis of the structural behavior of concrete structures. As the nominal stress of the material decreases as the size of the structure increases, it became necessary to consider this size effect in the analysis in order to obtain more suitable levels of security. This fact justifies the use of the Fracture Mechanics in the structural analysis of concrete structures. In this work, the fracture energy was experimentally obtained using the work-offracture method and the size effect method by performing three-point bend tests in HPC notched beams. It was also developed a numerical simulation of the tests, performing the analysis through the Finite Element Method and applying the concepts of the Fracture Mechanics of Concrete into the constitutive model. The notched beams were molded and tested at the Polytechnic Institute of the State University of Rio de Janeiro (IPRJ/UERJ), located in the city of Nova Friburgo. The tests were controlled by the vertical displacement of the load cell. Three series of twelve beams with four geometrically similar sizes were tested. Three samples for each size were cast, making an amount of 36 beams. The beams were 38, 76, 152 and 304 millimeters high and the width was kept constant equal to 38 millimeters. To characterize the concrete compression strength, 100x200 millimeters cylinders were molded at the IPRJ and tested at the UERJ civil engineering laboratory in the city of Rio de Janeiro. The tested concretes presented a medium compressive strength of 70 MPa.