[pt] A utilização dos concretos de alto desempenho na indústria da construção civil está se tornando muito freqüente ultimamente. Este fato impõe cada vez mais a necessidade de um melhor conhecimento sobre o comportamento deste material relativamente novo, visando principalmente manter os níveis de segurança adequados nas estruturas. As vantagens apresentadas por tal material, notadamente a sua resistência à compressão, permitiram uma melhoria generalizada nos processos construtivos e conseqüente aumento nos vãos dos elementos estruturais. Somado o fato de que os concretos de alto desempenho apresentam um comportamento reconhecidamente mais frágil, começou-se recentemente a aplicar conceitos da teoria da Mecânica da Fratura para a análise do comportamento destas estruturas, já que passa a haver a necessidade de se considerar adequadamente o efeito de escala no dimensionamento. Portanto, o objetivo principal do presente estudo é verificar experimentalmente a ocorrência do efeito de escala em concretos de alto desempenho e comparar estes resultados com resultados numéricos encontrados na literatura. Objetiva-se também estudar o comportamento dos referidos concretos nos ensaios à flexão em três pontos e calcular a sua energia de fraturamento através de dois métodos diferentes. Durante o estudo foram executados ensaios à flexão em três pontos em vigas de concreto simples com entalhe, de acordo com as especificações dadas pela recomendação do comitê RILEM 50-FMC. As vigas foram moldadas no Laboratório de Estruturas da PUC-Rio e os ensaios realizados no Instituto de Tecnologia (ITUC) desta Universidade. Os ensaios foram executados em uma máquina Instron com controle de deslocamentos. Ao todo foram ensaiadas 60 vigas, em 4 tamanhos diferentes, com alturas variando de 38mm a 304mm. Os concretos utilizados apresentaram fator água/cimento variando entre 0.37 e 0.25 e resistência à compressão entre 64 MPa e 88 MPa. / [en] The use of high performance concrete as a construction material is becoming very common lately. This fact imposes the need of a better knowledge of this material, aiming to keep the structural design with an appropriate safety level. The advantages provided by this material, specially its compressive strength, allowed a generalized improvement in the building processes e the consequent increase in the structural members size. Added the fact that the high performance concrete has a recognizably more brittle behavior, it`s started to apply some Fracture Mechanics theory concepts to analyze the structures behavior. Then, the fracture mechanics size effect should be suitably considered in design. Therefore, the main objective of this study is to verify experimentally the occurrence of the size effect phenomenon on high performance concrete and to carry out a comparison with numerical results found in the literature. It`s also objectified to study the behavior of the referred concrete in three point bent tests and to calculate its fracture energy by means of two different methods. During this study three point bend tests in notched beams made with unreinforced concrete were carried out. These tests comply with the specifications given by RILEM 50-FMC committee. The specimens were cast at the PUC- Rio Structures Laboratory and the tests were conducted at the Technology Institute (ITUC) of this university. The tests were performed in a servo-controlled materials testing system. It were tested 60 specimens, with 4 different sizes and with heights varying from 38mm to 304mm. The concrete had a water/cement ratio varying from 0.37 to 0.25 and a compressive strength between 64 MPa and 88MPa. / [es] La utilización de los concretos de alto desempeño en la industria de la construción civil se ha hecho frecuente en los últimos tiempos. Este hecho impone cada vez más la necesidad de un mayor conocimiento sobre el comportamiento de este material relativamente nuevo, con el objetivo de mantener los níveles de seguridad adecuados en las extructuras. Las ventajas presentadas por dicho material, notadamente su resistencia a la compresión, permitirán una mejoría generalizada en los procesos. Sumando el hecho de que los concretos de alto desempeño presentan un comportamiento reconocidamente más frágil, se comenzó recientemente a aplicar conceptos de la teoría de la Mecánica de la Fractura para el análisis del comportamiento de estas extructuras, debido a la necesidad de considerar adecuadamente el efecto de escala en el dimensionamiento. Por lo tanto, el objetivo principal del presente estudio es verificar experimentalmente la ocurrencia del efecto de escala en concretos de alto desempeño y comparar estos resultados con los resultados numéricos encontrados en la literatura. Se trata también de estudiar el comportamiento de los referidos concretos en los ensayos a la flexión en tres puntos y calcular su energía de fractura a través de dos métodos diferentes. Durante el estudio se ejecutaron ensayos a la flexión en tres puntos en vigas de concreto simple con entalladura, de acuerdo con las especificaciones dadas por la recomendación del comité RILEN 50-FMC. Las vigas fueron moldeadas en el Laboratorio de Extructuras de la PUC-Rio y los ensayos realizados en el Instituto de Tecnología (ITUC) de esta Universidad. Los ensayos fueron ejecutados en una máquina Instron con control de desplazamientos. Fueron ensayadas 60 vigas, en 4 tamaños diferentes, con alturas variando de 38mm la 304mm. Los concretos utilizados presentaran factor agua/cemento variando entre 0.37 y 0.25 y resistencia a la compresión entre 64 MPa y 88 MPa.

[pt] A aplicação do Concreto de Alta Resistência como material de construção está se tornando mais comum em estruturas de concreto. Esta tendência demanda um melhor conhecimento do material, incluindo os parâmetros que se referem à tensão limite na compressão. Sendo um material relativamente novo, com um conhecido comportamento frágil, poucas informações a respeito de seu desempenho estão disponíveis para possibilitar o projeto correto de estruturas especiais. Como o material fornece uma resistência compressiva mais alta, os vãos das peças estruturais de concreto armado podem ser maiores, permitindo, por exemplo, a redução do número de pilares em edifícios. Neste caso, o efeito de escala da mecânica da fratura deve ser considerado no projeto estrutural, e a energia de fraturamento torna-se uma propriedade fundamental no controle de resistências à flexão e corte das peças estruturais de concreto armado. Nesta dissertação, alguns resultados obtidos através de ensaios para determinação da energia de fraturamento são apresentados. Os testes à flexão de vigas com entalhe foram realizados na PUC - Rio para diferentes traços de concreto, com resistência compressiva igual ou superior a 40 MPa. Os testes foram feitos segundo especificações fornecidas na RILEM 50-FMC e foram executados em sistemas de teste de materiais com controle de deslocamentos. Os traços do concreto foram estabelecidos com o objetivo de utilizar concretos comumente usados pelas empresas que atuam no Brasil. / [en] The application of high-performance concrete as a construction material is becoming increasingly common in conventional concrete structures. This trend demands a better knowledge of the material, besides the parameter that refers to the limit stress in compression. Being a relatively new material, with a known brittle behavior, few information about its performance is available for design engineers that allows the correct design of special structures. As the material provides a higher compressive strength, concrete structural members can increase in size, allowing the reduction of the number of columns in a building, for example. In this case, the fracture mechanics size effect should be considered in the structural design, and the fracture energy turns to be a fundamental property in controlling the flexural and shear strength of the concrete structural members. In this dissertation, some results obtained through experimental tests for determination of fracture energy for high-performance concrete are presented. The three-point bend tests were conducted at PUC-Rio for different compositions of concrete, with compressive strength equals to or greater than 40 MPa. The tests comply with the specifications given in RILEM recommendations, RILEM 50-FMC and were performed in a servo-controlled materials testing system. The compositions of the concrete were established in order to match the concrete commonly used by the companies that operate in Brazil. / [es] La aplicación del Concreto de Alta Resistencia como material de construción está se tornando más común en extructuras de concreto. Esta tendencia demanda un mejor conocimiento del material, incluyendo los parámetros que se refieren a la tensión límite en la compresión. Siendo un material relativamente nuevo, con un conocido comportamiento frágil, son pocas las informaciones disponibles a respecto de su desempeño. Como el material ofrece una resistencia compresiva más alta, los vans de las piezas extructurales de concreto armado pueden ser mayores, permitiendo, por ejemplo, la reducción del número de pilares en edificios. En este caso, el efecto de escala de la mecánica de fracturas debe ser considerado en el proyecto extructural, y la energía de fractura se torna una propriedad fundamental en el control de resistencias a la flexión y corte de piezas extructurales de concreto armado. En esta disertación, se presentan algunos resultados obtenidos a través de ensayos para determinación de la energía de fractura. Las pruebas a la flexión de vigas fueron realizados en la PUC - Rio para diferentes trazos de concreto, con resistencia compresiva igual o superior la 40 MPa. Las pruebas fueron realizadas según especificaciones ofrecidas en la RILEM 50-FMC y se ejecutaron en sistemas de test de materiales con control de deslocamientos. Fueron establecidos los trazos de concreto con el objetivo de utilizar concretos comumente utilizados por las empresas que actúan en Brasil.

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.