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.

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.

O concreto é o material de construção mais utilizado no mundo apesar do seu comportamento frágil e sua baixa capacidade de resistir a esforços de tração. As fibras de aço podem ser adicionadas ao concreto para aumentar sua tenacidade resultando no concreto reforçado com fibras (CRF) que pode ser utilizado em muitas aplicações, incluindo o concreto projetado. Desta forma, os parâmetros de tenacidade e de resistência residual são fundamentais para a caracterização do concreto projetado reforçado com fibras de aço (CPRFA) e para seu controle de qualidade quando utilizado com função estrutural. Atualmente, o controle do comportamento pós-fissuração do CPRFA é realizado, fundamentalmente, através do ensaio de flexão de prismas. Isto demanda atividades bastante trabalhosas, desde a moldagem de placas extras e a extração de testemunhos prismáticos como a realização de ensaios que requerem muitos cuidados e, também, gera um volume maior de resíduos. A variabilidade dos resultados também é elevada, reduzindo o grau de confiabilidade do processo. Como as fibras são o material com menor nível de incorporação ao concreto devido ao efeito da reflexão, o controle do teor efetivamente incorporado ao CPRFA é um aspecto fundamental desta tecnologia. Atualmente, a estimativa deste teor de fibras é realizada por medições de massa do conteúdo de fibra obtido por esmagamento de corpos de prova endurecidos ou por lavagem de amostra de CPRFA em estado fresco, métodos considerados dispendiosos ou que consomem muita água. A fim de resolver alguns dos inconvenientes atuais, o presente estudo experimental foi realizado com o objetivo de se avaliar a utilização do ensaio Barcelona para classificar a resistência residual do CPRFA e compará-lo com o ensaio de flexão de prismas. Para a determinação do teor de fibras o método indutivo foi realizado nos mesmos corpos de prova. Nesse sentido, concretos projetados com diferentes teores de fibra foram analisados através dos métodos de ensaio referidos. Os resultados do ensaio Barcelona foram analisados estatisticamente e demostraram boa correlação com os resultados do ensaio de prismas e capacidade de caracterização do comportamento pós-fissuração do CPRFA. O ensaio indutivo permitiu a determinação do teor de fibras efetivamente incorporado ao concreto a partir dos mesmos corpos de prova usados no ensaio Barcelona, sem que houvesse a necessidade de extração de novas amostras. Este estudo apresentou, então, contribuições ao estabelecimento de programas de controle de qualidade do CPRFA, demonstrando a viabilidade da utilização conjunta do ensaio Barcelona e do método indutivo como ferramentas de caracterização e controle do CPRFA. A aplicação conjunta dos dois ensaios proporciona redução significativa em termos de tempo de trabalho e de resíduos processo de controle do material. / Concrete is the most used construction material in the world despite its fragility and low capacity to bear tensile stresses. Steel fibres may be added to the material in order to increase its toughness providing conditions to fibre reinforced concrete (FRC) to be used in many applications, such as sprayed concrete. Thus, the toughness and residual strength are key parameters for the characterization of the steel fiber reinforced sprayed concrete (SFRSC). So, both parameters are frequently used in the quality control program of SFRSC when applied as a structural material. Currently, the control of post-cracking behavior of SFRSC is carried out primarily through the bending test of prismatic specimens. This test procedure is quite laborious involving time demanding activities such as the molding of extra panels and the extraction of prismatic specimens, as well as, the test requires great care, generating a larger volume of waste. The variability of the results is also high, reducing the degree of process reliability. As the fibers are the material with lower incorporation into the concrete due to the effect of rebound, the determination of the fiber content incorporated into the SFRSC is a key aspect of this technological control. Currently, the estimation of the actual content of the fibers in SFRSC is carried out by mass measurements of the fibers extracted from crushing the hardened specimens or by washing fresh SFRSC samples. Both teste methods are considered expensive and consume high volumes of water. In order to solve some of the current drawbacks, the present experimental study was carried out to promote the assessment of the use of the Barcelona test to classify the residual strength of the SFRSC and to compare it with the prismatic specimens flexural test. To determine the fibre content the inductive test method was performed in the same specimens. In that sense, SFRSC was used to produce series of test panels varying the fibre content. Prismatic and cylindrical specimens were extracted from these test panels and submitted to the referred test methods. The results were statistically analysed and demonstrate a good correlation between flexural and Barcelona test results. The results confirm the ability of the Barcelona test to characterize the SFRSC post-cracking behavior. The inductive test, carried out in the same specimen of Barcelona test allowed the determination of actual fiber content to the concrete without the need of extra samples. This study presents, then, contributions to the quality control program for SFRSC and demonstrates the feasibility of using the Barcelona test and inductive method as tools for characterization and control for SFRSC. The combined application of the two tests provides a significant reduction in terms of labour time and waste generated during the quality control process.

O concreto é o material de construção mais utilizado no mundo apesar do seu comportamento frágil e sua baixa capacidade de resistir a esforços de tração. As fibras de aço podem ser adicionadas ao concreto para aumentar sua tenacidade resultando no concreto reforçado com fibras (CRF) que pode ser utilizado em muitas aplicações, incluindo o concreto projetado. Desta forma, os parâmetros de tenacidade e de resistência residual são fundamentais para a caracterização do concreto projetado reforçado com fibras de aço (CPRFA) e para seu controle de qualidade quando utilizado com função estrutural. Atualmente, o controle do comportamento pós-fissuração do CPRFA é realizado, fundamentalmente, através do ensaio de flexão de prismas. Isto demanda atividades bastante trabalhosas, desde a moldagem de placas extras e a extração de testemunhos prismáticos como a realização de ensaios que requerem muitos cuidados e, também, gera um volume maior de resíduos. A variabilidade dos resultados também é elevada, reduzindo o grau de confiabilidade do processo. Como as fibras são o material com menor nível de incorporação ao concreto devido ao efeito da reflexão, o controle do teor efetivamente incorporado ao CPRFA é um aspecto fundamental desta tecnologia. Atualmente, a estimativa deste teor de fibras é realizada por medições de massa do conteúdo de fibra obtido por esmagamento de corpos de prova endurecidos ou por lavagem de amostra de CPRFA em estado fresco, métodos considerados dispendiosos ou que consomem muita água. A fim de resolver alguns dos inconvenientes atuais, o presente estudo experimental foi realizado com o objetivo de se avaliar a utilização do ensaio Barcelona para classificar a resistência residual do CPRFA e compará-lo com o ensaio de flexão de prismas. Para a determinação do teor de fibras o método indutivo foi realizado nos mesmos corpos de prova. Nesse sentido, concretos projetados com diferentes teores de fibra foram analisados através dos métodos de ensaio referidos. Os resultados do ensaio Barcelona foram analisados estatisticamente e demostraram boa correlação com os resultados do ensaio de prismas e capacidade de caracterização do comportamento pós-fissuração do CPRFA. O ensaio indutivo permitiu a determinação do teor de fibras efetivamente incorporado ao concreto a partir dos mesmos corpos de prova usados no ensaio Barcelona, sem que houvesse a necessidade de extração de novas amostras. Este estudo apresentou, então, contribuições ao estabelecimento de programas de controle de qualidade do CPRFA, demonstrando a viabilidade da utilização conjunta do ensaio Barcelona e do método indutivo como ferramentas de caracterização e controle do CPRFA. A aplicação conjunta dos dois ensaios proporciona redução significativa em termos de tempo de trabalho e de resíduos processo de controle do material. / Concrete is the most used construction material in the world despite its fragility and low capacity to bear tensile stresses. Steel fibres may be added to the material in order to increase its toughness providing conditions to fibre reinforced concrete (FRC) to be used in many applications, such as sprayed concrete. Thus, the toughness and residual strength are key parameters for the characterization of the steel fiber reinforced sprayed concrete (SFRSC). So, both parameters are frequently used in the quality control program of SFRSC when applied as a structural material. Currently, the control of post-cracking behavior of SFRSC is carried out primarily through the bending test of prismatic specimens. This test procedure is quite laborious involving time demanding activities such as the molding of extra panels and the extraction of prismatic specimens, as well as, the test requires great care, generating a larger volume of waste. The variability of the results is also high, reducing the degree of process reliability. As the fibers are the material with lower incorporation into the concrete due to the effect of rebound, the determination of the fiber content incorporated into the SFRSC is a key aspect of this technological control. Currently, the estimation of the actual content of the fibers in SFRSC is carried out by mass measurements of the fibers extracted from crushing the hardened specimens or by washing fresh SFRSC samples. Both teste methods are considered expensive and consume high volumes of water. In order to solve some of the current drawbacks, the present experimental study was carried out to promote the assessment of the use of the Barcelona test to classify the residual strength of the SFRSC and to compare it with the prismatic specimens flexural test. To determine the fibre content the inductive test method was performed in the same specimens. In that sense, SFRSC was used to produce series of test panels varying the fibre content. Prismatic and cylindrical specimens were extracted from these test panels and submitted to the referred test methods. The results were statistically analysed and demonstrate a good correlation between flexural and Barcelona test results. The results confirm the ability of the Barcelona test to characterize the SFRSC post-cracking behavior. The inductive test, carried out in the same specimen of Barcelona test allowed the determination of actual fiber content to the concrete without the need of extra samples. This study presents, then, contributions to the quality control program for SFRSC and demonstrates the feasibility of using the Barcelona test and inductive method as tools for characterization and control for SFRSC. The combined application of the two tests provides a significant reduction in terms of labour time and waste generated during the quality control process.

Uma grande diversidade de macrofibras poliméricas para reforço de concreto se encontram disponibilizadas hoje em dia. Por natureza estas fibras apresentam grande diversidade de características e propriedades. Estas variações afetam sua atuação como reforço no concreto. No entanto, não há normas brasileiras sobre o assunto e as metodologias de caracterização de normas estrangeiras apresentam divergências. Algumas normas definem que a caracterização do comportamento mecânico deva ser feita nos fios originais e outras que se devam utilizar métodos definidos para caracterização de materiais metálicos. A norma EN14889-2:2006 apresenta maior abrangência, mas deixa dúvidas quanto à adequação dos critérios de caracterização geométrica das fibras e não define um método de ensaio específico para sua caracterização mecânica. Assim, há a necessidade de estabelecimento de uma metodologia que permita a realização de um programa de controle de qualidade da fibra nas condições de emprego. Esta metodologia também proporcionaria uma forma de caracterização do material para estudos experimentais, o que permitiria maior fundamentação científica desses trabalhos que, frequentemente, fundamentam-se apenas em dados dos fabricantes. Assim, foi desenvolvido um estudo experimental focando a caracterização de duas macrofibras poliméricas disponíveis no mercado brasileiro. Focou-se o estudo na determinação dos parâmetros geométricos e na caracterização mecânica através da determinação da resistência à tração e avaliação do módulo de elasticidade. Na caracterização geométrica foi adotada como referência a norma europeia EN14889-2:2006. As medições do comprimento se efetuaram por dois métodos: o método do paquímetro e o método de análise de imagens digitais, empregando um software para processamento das imagens. Para a medição do diâmetro, além das metodologias mencionadas, foi usado o método da densidade. Conclui-se que o método do paquímetro, com o cuidado de esticar previamente as macrofibras, e o método das imagens digitais podem ser igualmente utilizados para medir o comprimento. Já parar determinar o diâmetro, recomenda-se o método da densidade. Quanto à caracterização mecânica, foi desenvolvida uma metodologia própria a partir de informações obtidas de outros ensaios. Assim, efetuaram-se ensaios de tração direta nas macrofibras coladas em molduras de tecido têxtil. Complementarmente, foi avaliado também o efeito do contato abrasivo das macrofibras com os agregados durante a mistura em betoneira no comportamento mecânico do material. Também se avaliou o efeito do método de determinação da área da seção transversal nos resultados medidos no ensaio de tração da fibra. Conclui-se que o método proposto para o ensaio de tração direta da fibra é viável, especialmente para a determinação da resistência à tração. O valor do módulo de elasticidade, por sua vez, acaba sendo subestimado. A determinação da área da seção da fibra através do método da densidade forneceu também os melhores resultados. Além disso, comprovou-se que o atrito das fibras com o agregado durante a mistura compromete o comportamento mecânico, reduzindo tanto a resistência quanto o módulo de elasticidade. Assim, pode-se afirmar que a metodologia proposta para o controle geométrico e mecânico das macrofibras poliméricas é adequada para a caracterização do material. / A wide variety of synthetic macrofibers for concrete reinforcement are available nowadays. By nature, these fibers exhibit great diversity of properties and characteristics. These variations affect its performance as reinforcement in concrete. However, there are no Brazilian standards on the subject and characterization methodologies available in foreign standards present divergences. Some standards define that the characterization of the mechanical behavior should be made in the original filaments and others that the test should be performed according methods for metallic materials characterization. The standard EN14889-2:2006 provides greater coverage about the subject, but leaves doubts about the suitability of the geometric characterization criteria of the fibers and does not set a specific testing method for its mechanical characterization. Thus, there is a need to establish a methodology that allows to carry out a quality control program of the fiber in the onsite conditions. This approach would also provide a way of materials characterization for experimental studies, which would allow better scientific basis of these works, which often rely exclusively on data taken from manufacturers. Thus, an experimental study focusing on the characterization of two polymer macrofibers available in Brazil was developed. The study aims at the determination of the geometrical and mechanical characteristics, such as the tensile strength and the elastic modulus. The geometric characterization was based on the prescriptions of the European standard EN14889- 2:2006. Measurements of length were made by two methods: the caliper method and digital image analysis method, employing software for image processing. For the measurement of the diameter, besides the aforementioned methodologies, the density method was also used. It is concluded that the caliper method, taking care to stretch the macrofibers previously, and the method of digital images can also be used to measure the length. To determine the diameter, it is recommended the density method. As for the mechanical characterization, a methodology was developed taking in consideration the previous information related to other tests. Thus, the direct tensile test was carried out in macrofibers glued in textile fabric frames. In addition, it was also evaluated the effect of the abrasive contact of macrofibers with the aggregates during mixing on the mechanical behavior of the material. Also, the effect of the method of determining the cross-sectional area in the results measured in fiber tensile test was evaluated. It is concluded that the proposed method for direct tensile test of the fiber is feasible, especially for tensile strength assessment. The value of the modulus of elasticity, in turn, has been underestimated. The determination of the fiber section area through the density method also gave the best results. Furthermore, it was found that the friction of the fibers with aggregate during mixing compromises the mechanical behavior reducing both strength and elastic modulus. Thus, it can be said that the proposed methodology for the geometric and mechanical control of polymer macrofibers is suitable for the material characterization.

O uso de fibra de aço como reforço no concreto tem sido objeto de várias pesquisas recentes. Com o surgimento do concreto autoadensável reforçado com fibras, a fluidez do concreto aumenta a possibilidade de orientação das fibras na etapa de concretagem, o que pode trazer alterações significativas no comportamento mecânico do concreto endurecido. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência das condições de moldagem sobre a resistência residual pós-fissuração de elementos planos moldados com concreto autoadensável reforçados com fibra de aço. Também foi objetivo deste trabalho verificar previamente a combinação de ensaios reológicos com métodos convencionais para controle e caracterização do concreto autoadensável no estado fresco. A caracterização do concreto foi feita com reometria rotacional, caixa-L e espalhamento. Os resultados apontam que o estudo da reologia do concreto é desejável e a combinação dos ensaios de reologia com ensaios convencionais pode trazer mais informações sobre o efeito da adição de fibras. Foram realizados ensaios de punção de placas para avaliar o comportamento mecânico de elementos planos produzidos com concreto lançado em posições distintas. A confirmação da orientação preferencial das fibras como causa da diferença de comportamento foi realizada através de informações obtidas com os ensaios indutivo e Double Edge Wedge Splitting (DEWS) realizados em testemunhos extraídos de placas moldadas sob as mesmas condições. Além disso, comprovou-se que a orientação preferencial gerada pelas condições de lançamento do concreto pode influenciar significativamente na resistência pós-fissuração de elementos estruturais planos. / The use of steel fiber as reinforcement in concrete has been the subject of several recent studies. With the development of self-compacting fiber reinforced concrete, the fluidity of the material could increase the possibility of orientation of fibers during the casting process. That condition could bring significant changes in the mechanical behavior of hardened fiber reinforced concrete. The aim of this study was to investigate the influence of the conditions of casting on the post-cracking residual strength of flat elements molded with self-compacting concrete reinforced with steel fibers. It was also an objective of this work verify previously the combination of rheological tests with conventional methods in order to control and characterize the self-compacting concrete in the fresh state. The characterization of the concrete in fresh state was made with rotational rheometer, L-box and spreading tests. The results showed that the study of the concrete rheology is desirable and combination of rheological tests with conventional testing can provide more information about the effect of fiber addition. The evaluation of the mechanical behavior of flat elements produced under different positions of casting was conducted through test panels submitted to punching loading. The confirmation of the orientation of the fibers as a cause of the difference in the behavior was accomplished through information obtained from the inductive and DEWS tests performed on extracted cores of panels molded under the same conditions. Furthermore, the preferred orientation caused by the concrete flow significant influence on the post-cracking strength of the structural flat elements was shown. The tests carried out with extracted cores endorsed the conclusion that the cause of performance variation is fundamentally linked to the preferred orientation, which is a result of the casting procedure.

A melhor maneira de se caracterizar o comportamento mecânico pós-fissuração dos concretos reforçados com fibras (CRF) para fins estruturais é por meio de ensaios que envolvem a ruptura do material à tração direta. Devido às dificuldades de execução destes, comumente se empregam ensaios de tração indireta, com destaque para os ensaios de flexão com sistema fechado. Entretanto, fatores limitantes, como a superestimação da capacidade resistente do compósito em testes de flexão, têm incentivado o desenvolvimento de outros métodos de ensaio mais fidedignos às características do CRF. Este é o caso do ensaio de compressão de corpo de prova com duplo corte em cunha, abreviado como DEWS (do inglês, Double Edge Wedge Splitting), em que o esforço de tração indireta não está associado a uma flecha, como nos ensaios de flexão, mas sim à própria fissuração da matriz de concreto. No DEWS há a possibilidade de avaliação direta da ortotropia do CRF e seu efeito na resistência pós-fissuração no estado limite de serviço (ELS) e último (ELU). Estudos anteriores sobre este ensaio utilizaram sistema aberto, mas se restringiram a avaliar apenas elevados teores de fibra, o que não traz dificuldades à caracterização da resistência residual no ELS. Este trabalho, contudo, buscou o estudo mais acurado a respeito do ensaio DEWS. Os programas experimentais desenvolvidos empregaram concretos reforçados com baixos teores de fibra de aço. Inicialmente, estudou-se a capacidade do ensaio DEWS em identificar o efeito da orientação das fibras na matriz na resistência pós-fissuração do CRF. Essa análise foi correlacionada com os resultados obtidos a partir de ensaios de flexão de prismas feitos como recomendado pela JSCE-SF4, assim, buscou-se avaliar se este teste promove uma superestimação da capacidade de reforço da fibra. Uma outra avaliação centrou-se no fator da taxa de carregamento de ensaio, realizando-se a metodologia DEWS e o teste de flexão (JSCE-SF4: 1984) sob quatro velocidades distintas, com intuito de verificar seu grau de influência no comportamento do material. A partir dos resultados obtidos, o ensaio DEWS mostrou-se aplicável na avaliação da ortotropia de corpos de prova em concretos reforçados com baixos teores de fibra de aço, mesmo com a utilização de sistema aberto e em velocidade de carregamento acima da proposta em literatura. A extensão da instabilidade pós-fissuração obtida a partir do ensaio DEWS foi menor que a encontrada para o ensaio de flexão de prismas. O estudo mostrou que a capacidade resistente pós-fissuração do CRF no ensaio de flexão pode ser até 300% maior do que a mesma resistência medida na direção transversal do prisma. / The best way to characterize the post-cracking behaviour of fibre reinforced concretes (FRC) for structural proposes is through direct tensile tests. As direct tensile tests are difficult to conduce, usually indirect tensile tests are employed, especially bending tests with closed-loop control. However, limiting factors, as the strength capacity overestimation of composites under flexural beams tests had motivated the development of another test procedure aiming to obtain responses closer to FRC basic characteristics. This is the case of Double Edge Wedge Splitting test (DEWS). In this test, the indirect tensile stress is not associated with a deflection - as is common in bending tests - but it is related with the cracking opening of concrete matrix. The DEWS test brings the possibility of direct evaluation of the FRC orthotropic behaviour and its effect in the post-crack strength at the serviceability (SLS) and ultimate (ULS) limit estates. Previous researches about DEWS test were done using open-loop control, but they were limited to higher fibre content. These do not provide difficulties about the residual strength characterization at the SLS. Thus, this study carried out an accurate experimental analysis about DEWS. This experimental programme used only fibre reinforced concrete with low steel fibre volume fractions. The first analysis was based in the DEWS test capacity for identification of the effect of predominant fibre orientation into matrix in the post-crack strength of the FRC. This analysis was linked with the flexural test made with prismatic specimens as recommended by JSCE-SF4 in order to evaluate if it promotes an overestimation of the fibre reinforcement capacity. The other evaluation focused on the test loading rate factor by doing DEWS test and bending test (JSCE-SF4:1984) under four different rates in order to verify its influence on the material behaviour. The results shown that DEWS test was capable to identify the fibre alignment into FRC specimens with low fibre content, even using open-loop control and increasing the load rate. The extension of the instability region on DEWS test response was lower than the provided by the flexural tests. The study also showed that the flexural test could overestimate the post-crack strength capacity of the FRC up 300% in relation to the transversal direction.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo geral dessa pesquisa é analisar o comportamento mecânico, com foco na tenacidade à tração, de corpos de provas de concreto reforçado com fibras de aço, por meio do ensaio de abertura por encunhamento, patenteado por Elmar K. Tschegg, comparando os resultados com os valores obtidos pelo método da ASTM C1609. Deseja-se ainda, avaliar a influência do teor de fibra de aço e da resistência à compressão na tenacidade do compósito. E também contribuir com a regulamentação e o controle na aplicação do material. O programa experimental foi composto de 112 corpos de prova (64 cilíndricos para caracterização, 24 prismáticos para ASTM C1609 e 24 cúbicos para encunhamento) que foram ensaiados no Laboratório de Estruturas da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia. Todos os corpos de prova foram moldados e ensaiados com idade mínima de 60 dias. Após a realização dos ensaios e análise dos resultados, conclui-se que as fibras de aço conferem ao concreto um aumento na tenacidade à tração. Observou-se também o comportamento strain-hardening à tração do concreto com teor de fibras de 0,64%. O ensaio de abertura por encunhamento apresenta indicativos de reprodutibilidade e coerência, quando comparado com o teste ASTM C1609 (2012), ou seja, há uma correlação e confirma-se como um procedimento alternativo para o controle tecnológico do compósito. / The general objective of the research is to analyze the mechanical behavior, focusing on the tensile strength, of concrete reinforced concrete test bodies with steel fibers, by means of the Elmar K. Tschegg patented aperture test by comparing the results with The values obtained by the method of ASTM C1609. It is also desired to evaluate the influence of the steel fiber content and the compressive strength on the composite toughness. And also contribute with a regulation and control in the application of the material. The experimental program was composed of 112 test specimens (64 cylindrical characterization, 24 prismatic for ASTM C1609 and 24 cubic for encouragement) that were tested in the Structures Laboratory of the Faculty of Civil Engineering of the Federal University of Uberlândia. All specimens were molded and assayed at least 60 days old. After the tests and analysis of the results, it is concluded that the steel fiber gives the concrete an increase in tensile toughness. The strain-hardening behavior of the concrete with a fiber content of 0.64% was also observed. The Wedge Splitting Test presents indications of reproducibility and coherence, when compared with ASTM C1609 (2012), that is, there is a correlation and it is confirmed as an alternative procedure for the technological control of the composite. / Dissertação (Mestrado)

A melhor maneira de se caracterizar o comportamento mecânico pós-fissuração dos concretos reforçados com fibras (CRF) para fins estruturais é por meio de ensaios que envolvem a ruptura do material à tração direta. Devido às dificuldades de execução destes, comumente se empregam ensaios de tração indireta, com destaque para os ensaios de flexão com sistema fechado. Entretanto, fatores limitantes, como a superestimação da capacidade resistente do compósito em testes de flexão, têm incentivado o desenvolvimento de outros métodos de ensaio mais fidedignos às características do CRF. Este é o caso do ensaio de compressão de corpo de prova com duplo corte em cunha, abreviado como DEWS (do inglês, Double Edge Wedge Splitting), em que o esforço de tração indireta não está associado a uma flecha, como nos ensaios de flexão, mas sim à própria fissuração da matriz de concreto. No DEWS há a possibilidade de avaliação direta da ortotropia do CRF e seu efeito na resistência pós-fissuração no estado limite de serviço (ELS) e último (ELU). Estudos anteriores sobre este ensaio utilizaram sistema aberto, mas se restringiram a avaliar apenas elevados teores de fibra, o que não traz dificuldades à caracterização da resistência residual no ELS. Este trabalho, contudo, buscou o estudo mais acurado a respeito do ensaio DEWS. Os programas experimentais desenvolvidos empregaram concretos reforçados com baixos teores de fibra de aço. Inicialmente, estudou-se a capacidade do ensaio DEWS em identificar o efeito da orientação das fibras na matriz na resistência pós-fissuração do CRF. Essa análise foi correlacionada com os resultados obtidos a partir de ensaios de flexão de prismas feitos como recomendado pela JSCE-SF4, assim, buscou-se avaliar se este teste promove uma superestimação da capacidade de reforço da fibra. Uma outra avaliação centrou-se no fator da taxa de carregamento de ensaio, realizando-se a metodologia DEWS e o teste de flexão (JSCE-SF4: 1984) sob quatro velocidades distintas, com intuito de verificar seu grau de influência no comportamento do material. A partir dos resultados obtidos, o ensaio DEWS mostrou-se aplicável na avaliação da ortotropia de corpos de prova em concretos reforçados com baixos teores de fibra de aço, mesmo com a utilização de sistema aberto e em velocidade de carregamento acima da proposta em literatura. A extensão da instabilidade pós-fissuração obtida a partir do ensaio DEWS foi menor que a encontrada para o ensaio de flexão de prismas. O estudo mostrou que a capacidade resistente pós-fissuração do CRF no ensaio de flexão pode ser até 300% maior do que a mesma resistência medida na direção transversal do prisma. / The best way to characterize the post-cracking behaviour of fibre reinforced concretes (FRC) for structural proposes is through direct tensile tests. As direct tensile tests are difficult to conduce, usually indirect tensile tests are employed, especially bending tests with closed-loop control. However, limiting factors, as the strength capacity overestimation of composites under flexural beams tests had motivated the development of another test procedure aiming to obtain responses closer to FRC basic characteristics. This is the case of Double Edge Wedge Splitting test (DEWS). In this test, the indirect tensile stress is not associated with a deflection - as is common in bending tests - but it is related with the cracking opening of concrete matrix. The DEWS test brings the possibility of direct evaluation of the FRC orthotropic behaviour and its effect in the post-crack strength at the serviceability (SLS) and ultimate (ULS) limit estates. Previous researches about DEWS test were done using open-loop control, but they were limited to higher fibre content. These do not provide difficulties about the residual strength characterization at the SLS. Thus, this study carried out an accurate experimental analysis about DEWS. This experimental programme used only fibre reinforced concrete with low steel fibre volume fractions. The first analysis was based in the DEWS test capacity for identification of the effect of predominant fibre orientation into matrix in the post-crack strength of the FRC. This analysis was linked with the flexural test made with prismatic specimens as recommended by JSCE-SF4 in order to evaluate if it promotes an overestimation of the fibre reinforcement capacity. The other evaluation focused on the test loading rate factor by doing DEWS test and bending test (JSCE-SF4:1984) under four different rates in order to verify its influence on the material behaviour. The results shown that DEWS test was capable to identify the fibre alignment into FRC specimens with low fibre content, even using open-loop control and increasing the load rate. The extension of the instability region on DEWS test response was lower than the provided by the flexural tests. The study also showed that the flexural test could overestimate the post-crack strength capacity of the FRC up 300% in relation to the transversal direction.