Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2017-05-18T15:31:46Z No. of bitstreams: 1 Diego Schneider_.pdf: 6006786 bytes, checksum: 39919f3d2ca8c2885f4d2e54af8bbb06 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-18T15:31:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diego Schneider_.pdf: 6006786 bytes, checksum: 39919f3d2ca8c2885f4d2e54af8bbb06 (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 / Nenhuma / A adição de fibras a uma matriz cimentícia proporciona vários benefícios para o desempenho do compósito, podendo-se citar o controle da fissuração, ganho de tenacidade, aumento da resistência à tração, entre outros. Diante disto, busca-se uma distribuição aleatória e mais homogênea possível das fibras ao longo da matriz. É esperado que a proposição de um elemento de reforço definido a partir da união ortogonal de filamentos – fibra espacial – venha contribuir para uma distribuição mais uniforme e homogênea do reforço da matriz, evitando imperfeições no compósito e maximizando a eficiência do reforço. Este trabalho tem por objetivo criar um modelo de fibra espacial e adicioná-la em uma matriz de concreto convencional, tanto isoladamente como combinada com macrofibras monofilamentos de aço e microfibras de polipropileno, avaliando o desempenho dos compósitos resultantes em termos de trabalhabilidade, resistência à compressão, resistência à tração indireta e tenacidade. Ademais, avaliou-se a distribuição das fibras no interior da matriz de concreto e sua influência no desempenho final do compósito. Para tal, foi realizado um programa experimental com 18 compósitos, cada um com uma combinação diferente de fibras espaciais, fibras de aço monofilamento e microfibras de polipropileno. Foram executados ensaios de compressão axial, segundo a ABNT NBR 5739:2007, resistência à tração na flexão, conforme a norma JSCE-SF4 (1984) e ABNT NBR 12142:2010, e tenacidade, de acordo com a JSCE-SF4 (1984). Em virtude dos resultados obtidos, concluiu-se que as fibras espaciais apresentaram desempenho satisfatório, tanto isoladamente como hibridizada pois, além de não afetar a resistência à compressão, melhorou o comportamento à tração em 37,6% e atingiu um Fator de Tenacidade de 3,4 MPa . Ainda, observou-se que a trabalhabilidade diminuiu em relação ao concreto sem fibras, mas a capacidade de compactação não foi prejudicada. / The addition of fibers to a cementitious matrix provides several benefits to the performance of the composite, including the control of cracking, tenacity gain, increased tensile strength, among others. In view of this, a random and more homogeneous distribution of the fibers along the matrix is sought. It's expected that the proposition of a reinforcement element defined from the orthogonal union of filaments - spatial fiber - will contribute to a more uniform and homogeneous distribution of the matrix reinforcement, avoiding imperfections in the composite and maximizing the reinforcement efficiency. This dissertation aims to create a spatial fiber model and add it in a conventional concrete matrix, either alone or in combination with steel macro fibers monofilaments and polypropylene microfibers, evaluating the performance of the resulting composites in terms of workability, compressive strength, indirect tensile strength and tenacity. In addition, the distribution of the fibers inside the concrete matrix and their influence in the final performance of the composite were evaluated. For this, an experimental program was carried out with 18 composites, each with a different combination of spatial fibers, steel macro fibers monofilaments and polypropylene microfibers. It was performed the axial compression tests according to ABNT NBR 5739: 2007, the flexural tensile strength tests according JSCE-SF4 (1984) and ABNT NBR 12142:2010, and the tenacity tests according to JSCE-SF4 (1984). Based on the results obtained, it was concluded that the spatial fibers presented satisfactory performance, both alone and hybridization, because they didn't affect the compressive strength, improved the tensile behavior in 37,6% and reached a tenacity factor of 3,4 MPa. Also, it was observed that the workability decreased in relation to the concrete without fibers, but the capacity of compaction was not impaired.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2017-10-17T12:52:51Z No. of bitstreams: 1 Hinoel Zamis Ehrenbring_.pdf: 8050494 bytes, checksum: 6538a92632a1aa3f9d35c647159bef3f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-17T12:52:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hinoel Zamis Ehrenbring_.pdf: 8050494 bytes, checksum: 6538a92632a1aa3f9d35c647159bef3f (MD5) Previous issue date: 2017-08-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / itt Performance - Instituto Tecnológico em Desempenho da Construção Civil / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Concretos com tecnologia avançada tornam-se cada vez mais comuns na indústria da construção civil. O desenvolvimento de produtos minerais e químicos fomenta a geração desses compósitos, possibilitando a inserção de insumos com desempenhos mecânicos melhorados. Todavia, mesmo com inúmeras vantagens, os novos concretos ainda se encontram suscetíveis à incidência de fissuras causadas pela retração. Sendo uma característica inerente às matrizes cimentícias, a retração, quando restringida, pode gerar manifestações patológicas, que prejudiquem a durabilidade da estrutura. Estudos vêm sendo realizados com enfoque na mitigação dessas anomalias, utilizando reforços primários e secundários dentro da matriz cimentícia. Como alternativa, utilizando as fibras como reforços é possível garantir alterações nos comportamentos mecânicos da mistura, a exemplo da resistência à tração, fator de tenacidade, capacidade de deformação e controle de fissuração. Com isso, nessa pesquisa foram empregadas, de maneira isolada e híbrida, microfibras poliméricas em uma matriz cimentícia. As microfibras eram constituídas por polipropileno (PP), álcool polivinílico (PVA) e recicladas de poliéster (POL). Para tanto, avaliou-se o fenômeno da retração por secagem dos compósitos por meio do ensaio de anel restringido, resistência à compressão axial, resistência à tração na flexão, módulo de elasticidade e tenacidade. Conjuntamente, investigou-se a microestrutura dos compósitos, utilizando o ensaio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de identificar a zona de interface entre o reforço e a matriz cimentícia, assim como a integridade física do reforço no concreto. Os compósitos com microfibras apresentaram maior retração por secagem, quando comparados à matriz referência, chegando a deformações superiores a 50 μm/m. Todas as misturas atingiram alto potencial de fissuração, sendo as amostras contendo microfibras de PP e PVA, as quais obtiveram a formação da fissura mais tardiamente (14 dias). Com relação à resistência à compressão axial e tração na flexão, a inserção de microfibras poliméricas promoveu a redução dos valores em relação à matriz referência. Todavia, o uso de microfibras de PVA não promoveu a queda de resistência à tração na flexão da matriz. Já o fator de tenacidade das misturas com fibras foi superior em relação ao concreto referência, ampliando em até 38 vezes os resultados. Verificou-se que a zona de interface formada pelas microfibras de PVA foi menor, quando comparada às demais opções, o que comprovou os bons resultados proporcionados pelo reforço. Também foi possível observar que as microfibras recicladas de poliéster foram agredidas em meio alcalino, diferentemente das demais. / Concretes with advanced technology become increasingly common in the construction industry. The development of mineral and chemical products encourages the generation of these composites, allowing the insertion of inputs with improved mechanical performances. However, even with numerous advantages, the new concretes are still susceptible to the incidence of cracks caused by shrinkage. As an inherent characteristic of cementitious matrices, shrinkage, when restricted, can impair the quality of the structure and, as a result, generate pathological manifestations. Studies have been carried out focusing on the mitigation of these anomalies, using primary and secondary reinforcements within the cementitious matrix. As an alternative, the fibrous reinforcements guarantee changes in the mechanical behavior of the mixture, such as tensile strength, tenacity factor, deformation capacity and cracking control. Thus, in this research, isolated and hybrid polymer microfibers were used in a reference cementitious matrix. The filaments consisted of polypropylene (PP), polyvinyl alcohol (PVA) and recycled polyester microfibers (POL). For this, the phenomenon of the drying shrinkage of the composites was evaluated by means of the restricted ring test, axial compression strength, flexural tensile strength, modulus of elasticity and toughness. The microstructure of the composites was investigated using the scanning electron microscopy (SEM), in order to identify the interface zone between the reinforcement and the cementitious matrix, as well as the physical integrity of the reinforcement in the concrete. The composites with microfibers presented greater drying shrinkage, when compared to the reference matrix, reaching deformations of more than 50 μm/m. All the blends reached a high cracking potential, with the samples containing PP and PVA microfibers which obtained cracking formation later (14 days). With respect to the compressive strength, the insertion of polymer microfibers significantly decreased the values in relation to the reference matrix. The toughness factor of the bundled mixtures was superior in relation to the reference concrete, increasing up to 38 times the results. On the other hand, the tensile strength in the flexion decreased values with the use of the filamentary reinforcements, except for the mixture with PVA microfibres. It was verified that the interface zone formed by the PVA microfibers was smaller, when compared to the other options, which proved the good results provided by the reinforcement. It was also possible to observe that recycled polyester microfibers were attacked in alkaline solution, unlike the others.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-09-26T13:12:32Z No. of bitstreams: 1 Augusto Masiero Gil_.pdf: 7085344 bytes, checksum: 32676c681f7f8f1de66f6a4b43f3e394 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-26T13:12:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Augusto Masiero Gil_.pdf: 7085344 bytes, checksum: 32676c681f7f8f1de66f6a4b43f3e394 (MD5) Previous issue date: 2018-05-29 / itt Performance - Instituto Tecnológico em Desempenho da Construção Civil / O concreto autoadensável (CAA) é conhecido por sua elevada fluidez e estabilidade reológica no estado fresco, enquanto que o concreto reforçado com fibras (CRF) é conhecido por sua elevada capacidade de absorção de energia, evitando a ruptura frágil do material. Na última década, tem sido buscada a sinergia destas tecnologias com o concreto autoadensável reforçado com fibras (CAA-RF), que, além de apresentar propriedades mecânicas avançadas, permite uma melhor dispersão das fibras. No entanto, a incorporação de fibras tende a ocasionar a perda de trabalhabilidade da mistura, devido ao intertravamento com os agregados e ao aumento da área superficial de materiais secos na mistura. Este trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de um método de dosagem de CAA-RF, relacionando propriedades nos estados fresco e endurecido. Assim, a composição da mistura é alterada de modo a incluir fibras, mantendo a mesma espessura de argamassa sobre os agregados e as fibras da mistura de CAA original, considerando a área superficial de seus componentes e a composição volumétrica. Foram realizadas dosagens com três tipos de fibras metálicas, de diferentes características geométricas, incorporadas em três teores, de modo a compor o diagrama de dosagem proposto. Os resultados dos ensaios realizados no estado fresco evidenciaram pequenas alterações em suas propriedades, com o aumento do espalhamento, porém atendendo às mesmas classes da mistura referência. Verificou-se, no entanto, que misturas com maiores teores de fibras mais longas e com maior fator de forma apresentaram maior perda de estabilidade e de dispersão das fibras, evidenciando a ocorrência de segregação pelo excesso de fluidez das misturas. A partir dos ensaios no estado endurecido foi possível verificar que a incorporação de fibras pelo método proposto contribuiu para o aumento das propriedades mecânicas das misturas, com exceção do módulo de elasticidade. Foram verificados valores de resistência à compressão na ordem de 84,5 MPa, com influência significativa do tipo de fibra, de acordo com a análise de variância realizada. A instabilidade de algumas misturas afetou a distribuição de fibras na seção fissurada, apesar de haver o aumento do fator de tenacidade com o teor de incorporação, principal parâmetro adotado no diagrama de dosagem proposto. / Self-consolidating concrete (SCC) is known for its high fluidity and rheological stability in the fresh state, while fiber reinforced concrete (FRC) is known for its high energy absorption capacity, avoiding fragile rupture. In the last decade, the synergy of these technologies has been researched with self-consolidating fiber-reinforced concrete (FR-SCC), which allows better dispersion of the fibers, in addition to the advanced mechanical properties. However, the incorporation of fibers tends to cause the mixture’s loss of workability due to its interlocking with the aggregates and the increase of dry materials’ surface area in the mixture. This study aimed to contribute to the development of a mix design method for FR-SCC, relating properties in the fresh and hardened states. Thus, the mixture composition is modified to include fibers maintaining the same mortar thickness over aggregates and fibers as in the original SCC mixture, considering the surface area of its components and the volumetric composition. Mixtures with three types of steel fibers, of different geometric characteristics, incorporated in three contents each in order to compose the proposed mix design nomogram. The results of the tests performed in the fresh state showed small changes in their properties, with the increase of the slump-flow, but attending the same classes of the reference mixture. It was verified, however, that mixtures with higher fiber content, longer and with higher aspect ratio, showed greater loss of stability and fiber dispersion, evidencing the occurrence of fiber segregation due to excess mixture fluidity. From the tests in the hardened state it was possible to verify that the incorporation of fibers by the proposed method contributed to the improvement of mechanical properties, with the exception of the modulus of elasticity. Compressive strength values were verified in the order of 84.5 MPa, with significant influence of the fiber type, according to the analysis of variance performed. Although the instability of some blends in the fresh state affected the distribution of fibers in the cracked section, the toughness factor increased with the incorporation content, main parameter adopted in the dosage diagram.

Neste trabalho foi desenvolvida uma plataforma computacional para análise via método dos elementos finitos de estruturas de concreto armado convencional e reforçado com fibras de aço. A ferramenta numérica desenvolvida foi obtida por meio do acoplamento do programa FEMOOP, denominado solver com o pré e pós-processador GiD. Esse acoplamento foi possibilitado por meio da programação de um conjunto de arquivos denominados arquivos de customização, responsáveis pelo trabalho conjunto dos programas. Utiliza-se uma única interface gráfica com caixas de diálogo vinculadas ao código do solver, responsáveis por aplicar as condições de contorno do problema, tipo de análise, e aplicação dos materiais nos seus respectivos elementos finitos. Para a representação do concreto, foram implementados elementos finitos planos isoparamétricos quadrilaterais e triangulares e para as armaduras elementos finitos isoparamétricos unifilares lineares e quadráticos representados por meio do modelo discreto. Para o comportamento do concreto, foi considerado um modelo elástico não-linear com comportamento isotrópico até o limite de ruptura, acoplado a um modelo de amolecimento linear na tração. As fissuras são representadas pelo modelo de fissuração distribuída do tipo rotacional. Como critério de resistência para o concreto podem-se usar o modelo de Ottosen ou o modelo de Willam e Warnke de cinco parâmetros implementados na plataforma. Especificamente para considerar a presença de fibras de aço descontínuas na matriz de concreto, é utilizado o critério de ruptura proposto por SEOW e SWADDIWUDHIPONG (2005), que é uma alteração no meridiano de tração do critério proposto por Willam e Warnke. Para o concreto reforçado com fibras de aço fissurado considera-se o trecho pós-fissuração proposto no modelo de tração de LIM et. al (1987). As armaduras têm seu comportamento descrito através de um modelo elasto-plástico bilinear. A interação entre as armaduras e o concreto foi considerada como de aderência perfeita. Como se trata da modelagem de um material com comportamento não-linear, foi implementado para resolução das equações de equilíbrio o método de Newton-Raphson. Por fim, a plataforma final obtida foi avaliada por meio da simulação de vigas de concreto armado convencional e reforçado com fibras de aço disponíveis na literatura, que confirmaram a eficiência das implementações efetuadas. / In this work a computational platform for the analysis of reinforced concrete structures reinforced or not with steel fibers has been developed. This tool is based on the finite element method and has been obtained by the coupling of FEMOOP, denominated solver, with the pre and post-processor program GiD. The coupling has been possible by programming a set of customization files responsible for the communication between the two base programs. A single graphical interface with particular dialog boxes which are linked to the solver facilities is used to apply the boundary conditions, type of analysis, and material properties in the finite element model. For the geometrical representation of concrete elements, plane isoparametric quadrilateral and triangular finite elements have been implemented, while for the steel reinforcement bars, discrete isoparametric truss finite elements with linear end quadratic interpolation have been used. In order to model the mechanical behavior of concrete materials, a nonlinear isotropic elastic model together with a tension softening linear model has been adapted. Cracks are represented through a rotational smeared crack model. Both Ottosen and 5 parameters Willam-Warnke models can be used as the strength criterion of concrete. A failure model proposed by SEOW and SWADDIWUDHIPONG (2005), based on an adaptation of the Willam-Warnke model where a modification of the tension meridian is introduced, is used to consider the discontinuous steel fibers dispersed into the concrete mass. The post-cracking behavior of the steel fiber reinforced concrete considers the tension model proposed by LIM et. al (1987). The steel rebars have their behavior described by a bilinear elastoplastic model. A perfect bond between concrete and the reinforcing bars is assumed. For the solution of the nonlinear equations the Newton-Raphson method is used. The developed computational platform has been evaluated through a set of numerical simulations of tests performed in conventionally reinforced and steel fiber reinforced concrete beams available on the literature. These simulations confirm the efficiency of the current implementation.

Neste trabalho, foram estudadas as vigas compostas formadas por viga e laje pré-moldadas de concreto. A ligação empregada na interface era constituída por conectores metálicos associados com concreto moldado no local. Os conectores eram formados por vergalhões de aço dobrados em forma de laço, que eram inseridos em nichos existentes na laje pré-moldada. A ligação era realizada preenchendo os nichos com concreto de alto desempenho. O objetivo foi caracterizar a ligação viga-laje e analisar o comportamento à flexão das vigas compostas com laje pré-moldada. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto sob carregamento monotônico, tendo sido observados aumentos de 250% na resistência da ligação devido à substituição da ligação plana e lisa por outra com chave de cisalhamento. A partir desses ensaios, foi proposto um modelo analítico para representar o comportamento das ligações com chave de cisalhamento, considerando a influência da resistência do concreto, do diâmetro do conector e da adição de fibras metálicas à ligação. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto com carregamento cíclico não reversível, tendo sido observado menores perdas de rigidez na ligação devido à adição de fibras. Os resultados de ensaios em vigas mostraram que a resistência à flexão da viga composta está diretamente relacionada com a resistência ao cisalhamento da interface. O dimensionamento adequado da interface garantiu à viga composta com laje pré-moldada um comportamento semelhante ao das vigas com laje moldada no local. Dessa forma, esse sistema apresenta-se como uma alternativa viável ao sistema com laje moldada no local. / Composite beams formed by precast beam and precast deck were studied in this work. The connection used in the interface was constituted by steel connectors associated with cast-in-place concrete. Steel bars bent in hoop form constituted the connectors, which were inserted in shear pockets in the precast deck. The connection was carried out filling the shear pockets with high performance concrete. The objective was to characterize the beam-deck connection and to analyze the flexural behavior of the composite beams with precast deck. Push-out tests with monotonic loading were carried out, and it was observed an increase of 250% in the shear strength of the connection due to the substitution of the plane smooth surface for other with shear-key. Based on these tests, an analytic model to represent the behavior of the connections with shear-key was proposed, considering the influence of the strength of the cast-in-place concrete, the diameter of the connector and the addition of steel fibers to the connection. Push-out tests with no reversible cyclic loading were carried out, and it was observed lower shear stiffness degradation in the connection due to the addition of fibers. The results of beam tests showed that the flexural strength of the composite beam is directly related to the shear strength of the interface. The appropriate design of the interface guaranteed to the composite beam with precast deck a flexural behavior similar to the beams with cast-in-place deck. In that way, the system with precast deck is a viable alternative to the system with cast-in-pace deck.

Essa pesquisa apresenta um estudo da composição de concreto reforçado com fibras de polipropileno e objetiva avaliar seu comportamento estrutural em um tipo de painel alveolar de parede fina. A adição de alto teor de fibras de polipropileno ao concreto modifica algumas de suas propriedades mecânicas, conferindo ao compósito maior resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao impacto e tenacidade. Inicialmente foram realizados ensaios de caracterização do compósito, sendo eles: consistência, resistência à compressão axial, módulo de elasticidade, resistência à tração por compressão diametral, resistência à tração na flexão e tenacidade. Estudou-se o comportamento de todas essas propriedades mecânicas para os teores de fibras de polipropileno de 0, 1 e 2% em volume de concreto. Com intuito de estudar o comportamento mecânico dos painéis alveolares de parede fina pela adição de fibras, foram realizados ensaios de carga concentrada e flexão. Este estudo foi realizado para os teores de fibra de 0 e 2%. Foram produzidos dois tipos de corpos de prova, ambos com seção transversal de 300 mm x 140 mm, e comprimentos de 600 mm e 1200 mm, para cada teor de fibra e respectivamente para os ensaios de carga concentrada e flexão. Para os ensaios de caracterização, não houve indícios de resultados significantes da adição dos teores de fibras 1 e 2% para a resistência à compressão e módulo de elasticidade. Já os ensaios de consistência, resistência à tração e tenacidade, apresentaram resultados expressivos, principalmente para o teor de fibra de 2%. Para os ensaios nos corpos de prova no painel quanto à carga concentrada, observou-se aproximadamente dez vezes maior capacidade de carga, cinco vezes maior capacidade de deslocamento e sete vezes maior resistência à punção. Os ensaios à flexão no painel apresentaram tensões resistentes pouco menores para os corpos de prova do painel contendo 2% de fibras. Conclui-se então que as propriedades do material cimentício com elevado teor de fibras são apropriadas para aplicação em painéis alveolares de parede fina. No entanto, é necessário melhorar a trabalhabilidade da mistura, pois devido às pequenas espessuras das paredes do painel, o adensamento do material não foi realizado de forma satisfatória. / This research presents a study on the composition of polypropylene fiber reinforced concrete and intents to evaluate its structural behavior in a type of thin-walled hollow core panel. The addition of high content of polypropylene fibers to the concrete modifies some of its mechanical properties, giving the composite greater split tensile strength, flexural strength, impact strength and toughness. Firstly, characterization tests of the composite were performed: consistency, compressive strength, modulus of elasticity, split tensile strength, flexural tensile strength and toughness. It was studied the behavior of all these mechanical properties for the contents of polypropylene fibers of 0,1 and 2% by volume of concrete. In order to study the mechanical behavior of the thin-walled hollow core panels by the addition of fibers, were performed concentrated load and flexural tests. This study was performed for fiber contents of 0 and 2%. Two types of specimens were produced, both with a cross section of 300 mm x 140 mm, and lengths of 600 mm and 1200 mm, for each fiber content and to be tested respectively for the concentrated load and flexural tests. For the characterization tests, there was no evidence of significant results arising on the addition of the fiber contents 1 and 2% for the compressive strength and modulus of elasticity. The tests of consistency, tensile strength and toughness presented significant results, especially for the fiber content of 2%. The flexural tests on the panel showed slightly lower tensile strengths for specimens containing 2% fibers. It is then concluded that the properties of the high fiber cementitious material are suitable for application in thin-walled alveolar panels. However, it is necessary to improve the workability of the composite, because due to the small thicknesses of the panel walls, a satisfactorily consolidation of the material has not been achieved.

O concreto reforçado com fibras (CRF) corresponde a um material compósito formado principalmente por cimento hidráulico, agregados miúdo e graúdo, água e fibras descontínuas. A principal finalidade do reforço no concreto com fibras é o aumento da capacidade resistente pós-fissuração do compósito, que reflete no ganho de tenacidade. Tradicionalmente, as fibras de aço, por possuírem elevadas rigidez e resistência à tração, são as mais utilizadas para o reforço do concreto, enquanto que as fibras sintéticas são adotadas para controle de fissuração por retração plástica do compósito. A macrofibra polimérica se trata de uma fibra sintética estrutural que se difundiu no mercado brasileiro nos últimos anos, possuindo pouca pesquisa a respeito de seu desempenho como elemento de reforço no concreto. Diante disto, nesta pesquisa foi avaliado o uso da macrofibra polimérica na composição de concreto para fins estruturais, sendo analisado o comportamento mecânico de duas matrizes de concreto reforçado com fibras, uma convencional e a outra de alta resistência, com diferentes teores de fibra de aço e de macrofibra polimérica. Para isto, foram determinados o abatimento e a massa específica de cada concreto no estado fresco. No estado endurecido, foram realizados ensaios de absorção de água, índice de vazios, massa específica, resistência à compressão, Barcelona, tenacidade à flexão em prismas e tenacidade à punção em placas. Nas misturas com maiores teores de fibra não foi possível se obter a trabalhabilidade desejada, mesmo com a adição de superplastificante. Em alguns concretos, a macrofibra polimérica e a fibra de aço tiveram desempenhos equivalentes com relação à absorção, índice de vazios, resistência residual no Estado Limite Último (ELU) dos prismas e tenacidade das placas. O acréscimo do teor de macrofibra polimérica provocou alterações não significativas no valor do índice de vazios, da resistência residual em prismas e da tenacidade em prismas e placas. Foi encontrado uma equivalência entre os valores de tenacidade do concreto com menor teor de fibra de aço e do concreto com maior teor de macrofibra polimérica para a maioria das misturas. A macrofibra polimérica apresentou uma eficiência menor do que a fibra de aço quando utilizada no concreto destinado a pisos industriais. Além disso, o acréscimo do teor de macrofibra polimérica provocou pequenas alterações na espessura do piso industrial. / The fiber reinforced concrete (FRC) is a composite material mainly composed of hydraulic cement, fine and coarse aggregates, water and discontinuous fibers. The main purpose of the reinforcement in the concrete with fibers is the increase of the post-cracking resistant capacity of the composite, which reflects in the toughness gain. Traditionally, steel fibers, due to their high stiffness and tensile strength, are the most used for concrete reinforcement, while synthetic fibers are used to control the plastic shrinkage cracking of the composite. The polymeric macrofiber is a structural synthetic fiber that has spread in the Brazilian market in recent years, with few researches regarding its performance as a reinforcement element in concrete. Therefore, the use of the polymeric macrofiber in the concrete composition for structural purposes was evaluated in this study and the mechanical behavior of two fiber reinforced concrete matrices, one conventional and the other with high strength, with different contents of steel fiber and polymeric macrofiber, was analyzed. For this, the slump and the specific gravity of each concrete in the fresh state were determined. In the hardened state, water absorption, voids, specific gravity, compressive strength, Barcelona, flexural toughness in prisms and punching toughness in plates tests were performed. In the mixtures with higher fiber contents it was not possible to obtain the desired workability, even with the addition of superplasticizer. In some concretes, the polymeric macrofiber and the steel fiber had equivalent performances with respect to the absorption, voids, residual strength at Ultimate Limit State (ELU) of the beams and toughness of the plates. The increase of the polymeric macrofiber content did not cause significant changes in the value of the voids, residual strength in prisms and toughness in beams and plates. An equivalence of the toughness values of the concrete with lower content of steel fiber and the concrete with higher content of polymeric macrofiber was found for the majority of the mixtures. The polymeric macrofiber was less efficient than the steel fiber when used in concrete for industrial floors. In addition, the increase of the polymeric macrofiber content caused small changes in the thickness of the industrial floor.

Neste trabalho investiga-se o comportamento resistente de lajes-cogumelo de concreto armado, analisando-se as possibilidades de melhoria de desempenho com relação ao fenômeno de punção, pelo emprego de concreto de alta resistência, pelo reforço com fibras de aço e pelo uso de armaduras transversais de combate à punção, através de ensaios de modelos de lajes-cogumelo quadradas que representam a ligação laje-pilar para o caso do pilar interno. Apresenta-se também uma revisão de conhecimentos sobre as lajes-cogumelo, o seu comportamento estrutural com ênfase no fenômeno da punção, e os principais conceitos sobre os concretos de alta resistência e os compósitos constituídos de matriz de cimento reforçada com fibras. Doze modelos de laje-cogumelo foram ensaiados com diferentes combinações de concreto de alta resistência, concreto de resistência convencional, armadura transversal e volume de fibras (0%, 0,75% e 1,5%). Um acréscimo significativo de resistência à punção foi observado, devido ao uso de concreto de alta resistência e à adição de fibras. A combinação de concreto de alta resistência com 1,5% de volume de fibras e armadura transversal proporcionaram o dobro de aumento na resistência à punção em relação ao modelo de concreto convencional sem armadura transversal e sem adição de fibras. A adição de fibras é a suposta responsável por cerca de 50% de acréscimo de resistência e o aumento da ductilidade. Outras comparações incluindo as previsões teóricas (Texto Base da NB1/94, CEB/90, AGI 318/89 e EUROCODE N.2) são comentadas. / This work investigates the behavior of reinforced concrete flat slabs, analysing the possibility of performance improvement, in relation to punching shear phenomenon, regarding to the use of high strength concrete, the addition of steel fibres and the use of transversal steel reinforcement against punching shear, through tests of flat slab square models that represent the slab-column connection, for the case of an interior column. lt introduce a revision of knowledge of flat slabs, their structural behavior with emphasis on the punching shear phenomenon, and the main concepts about high strength concretes and the composites made of cement matrix reinforced with fibres. Twelve flat slab models were tested in different combinations of high strength concrete, ordinary strength, shear reinforcement and steel fibre volume fraction (0%, 0,75% e 1,5%). A significant increase in the punching shear strength was observed, either due to the use of high strength and the addition of steel fibres. The combination of high strength concrete with 1,5% fibre volume fraction and shear reinforcement provide twice the punching shear resistance of an ordinary concrete strength model without shear reinforcement and without fibre. Fibre addition is supposed to be responsible by about 50% of the resistance improvement and the increase of ductility. Other comparisons including theoretical previsions (Texto Base da NB1/94, CEB/90, ACI 318/89 e EUROCODE N.2) are commented.

Quando o concreto é submetido a ações especiais, como cargas cíclicas ou ação de cargas de impacto, modificações em sua composição são necessárias, já que o concreto não apresenta desempenho satisfatório à tração, o que compromete o seu comportamento frente à ação de cargas dinâmicas. Uma alternativa para amenizar esta deficiência consiste em adicionar fibras ao concreto. Estas atuam como reforços à tração, transformando a matriz cimentícia, tipicamente frágil, em um material que apresenta boa resistência residual após a fissuração. Buscando colaborar na avaliação da eficiência de diferentes tipos de fibras, o presente trabalho analisa o comportamento de concretos com fibras de aço, submetidos ao impacto, avaliando a influência do fator de forma, do comprimento e do teor de fibras, assim como do tamanho do agregado. São ainda analisados os efeitos da incorporação de fibras na resistência à compressão, na resistência à tração por compressão diametral, no módulo de elasticidade e na tenacidade dos compósitos. Adicionalmente, é executada uma comparação entre os resultados experimentais e os derivados de um esquema de modelagem da situação de impacto através do uso do método de elementos discretos. Buscou-se, através da modelagem teórica, executar um mapeamento dos danos, provocados por cargas de impacto incrementais, ao longo do tempo, bem como determinar as energias necessárias para levar as placas até a ruptura. Os resultados indicam que a incorporação de fibras de aço não consegue retardar o aparecimento da primeira fissura, mas aumenta significativamente a tenacidade dos compósitos. Fibras mais longas e com maior fator de forma tendem a ser mais eficientes, desde que se supere um teor de fibras mínimo, que neste trabalho ficou em torno de 100.000 fibras/m3, para fibras longas (50-60 mm) e de 400.000 fibras/m3, para fibras curtas, cuja ancoragem é menos eficiente. O método de teste de impacto por queda de esfera se mostrou adequado e sensível, porém o esquema de modelagem numérica testado necessita ser refinado para permitir uma adequada simulação do comportamento de concretos com fibras. / When submitted to special loading patterns, derived from dynamical actions such as cyclic or impact loads, concrete elements need to be reinforced, in order to resist the tensile stresses. A feasible alternative, in such cases, is to incorporate fibers in the concrete matrix. The fibers act as a tensile reinforcement, transforming the fragile cement matrix into a composite with significant post-cracking residual strength. In order to contribute with the data collection about the efficiency of different fiber types, the present research work presents an analysis of the behavior of steel fiber reinforced concretes subjected to impact loads. The work investigates the influences of changes in the shape factor, length and amount of fibers. The effects of these combinations on other basic properties of the composites, such as compression strength, split cylinder tensile strength, Young’s modulus and tenacity is also measured. Additionally, a comparison is made between the experimental results from the impact tests and the estimates obtained from a theoretical model that uses the discrete element method (DEM). This theoretical approach aimed to determine if the model was able to simulate the damage evolution over time generated by the increasing impacts loads, as well as to determine the total energy necessary to crack and break the specimens. The results obtained pointed out that the introduction of steel fibers does not affect the energy for the first crack but increases significantly the tenacity of the composite. Longer fibers, with greater shape factors, tend to be more efficient, provided that the fiber content is sufficiently high. The minimum recommended fiber content, according to the data from this research, may be around 100.000 fibers/m3, for longer fibers (50-60 mm). Or around 400.000 fibers/m3, for shorter fibers, which are not so efficient in terms of anchorage. The impact test method developed was considered adequate, being sensitive to the phenomenon and providing reliable data. The DEM model, however, needs to be refined to be able to deal with fiber concrete composites.

Quando o concreto é submetido a carregamentos especiais, como cargas cíclicas ou ação de cargas de impacto, modificações em sua composição são necessárias. Uma vez que o material não apresenta desempenho satisfatório à tração, seu comportamento frente a este tipo de carregamento acaba seriamente comprometido. Uma alternativa para amenizar esta deficiência consiste em adicionar fibras de aço ao concreto. Ao adicionar estes elementos à matriz cimentícia, promove-se meios de transferência de tensões através das fissuras, aumentando a tenacidade do material, proporcionando mecanismos de absorção, relacionados com o desligamento e o arrancamento de fibras. Um número significativo de trabalhos experimentais envolvendo os mais diversos tipos de elementos estruturais reforçados com fibras de aço está disponível, havendo, no entanto, uma forte carência sob o ponto de vista de simulações numéricas. Buscando colaborar no desenvolvimento do material, o presente trabalho propõe a aplicação do Método dos Elementos Discretos para simulação do compósito submetido a carregamentos estáticos e dinâmicos. São realizadas alterações no algoritmo do método a fim de realizar a dispersão de fibras de aço na matriz de concreto. A análise das condições de contorno utilizadas em trabalho anterior revela a necessidade de aplicação de apoios elásticos sob pena de superestimar a rigidez do modelo. Os diagramas carga versus deslocamento que resultaram dos ensaios estáticos demonstram que o modelo criado é sensível à adição de fibras: maiores teores conduzem a modelos com maior tenacidade. O ensaio de impacto também se mostrou sensível e o padrão de fissuração encontrado nas simulações revelou uma boa aproximação com ensaios experimentais anteriores. / When submitted to special loading patterns, derived from dynamical actions such as cyclic or impact loads, some alterations in the concrete constitution need to be done, since the material don’t have an adequate behavior under tensile stress. A feasible alternative, in such cases, is to incorporate steel fibers in the concrete matrix. Adding these elements, stress transference mechanisms along the cracks are promoted, increasing the material tenacity. An expressive number of experimental works involving all the kinds of steel fiber reinforced concrete structural elements are available. However, few researches based on numerical methods are found in the literature. In order to contribute with the data collection and the development of the material, the present research work proposes the application of the Discrete Element Method to simulate the composite subjected to static and dynamic loads. Some modifications are made on the method algorithm trying to create the dispersion of fibers in the concrete matrix. The analysis of the boundary conditions used on previous work reveal the importance of using elastic support to don’t overestimate the stiffness of the model. The diagram load versus displacement that came from the static simulations shows that the model is sensible to the addition of fibers: higher proportions of fiber leads to models with higher tenacity. The impact tests also demonstrate sensibility and the crack pattern found on the simulations presented a very good approximation to previous experimental work.