During the last four decades, fiber reinforced concrete has been increasingly used in structural applications. It is generally accepted that addition of steel fibers significantly increases tensile toughness and ductility, also slightly enhances the compressive strength. Although several studies have reported previously the favorable attributes of steel fiber reinforced concrete (SFRC), little general data is related to performance modeling. There are studies on the effect of fibers on compression, tension and shear behavior of concrete. As models proposed so far can, at best, describe only a few aspect of SFRC with a given type and amount of fibers, establishing simple and accurate generalized equations to describe the behavior of SFRC in tension, compression and shear that take into account the fiber type and content is essential. Therefore, a comprehensive experimental research on SFRC is conducted in University of Canterbury to develop generalized equations to represent the characteristics of SFRC. In this research, standard material tests of SFRC are carried out in tension, compression and shear to enable the parametric characterization and modeling of SFRC to be conducted. The tests are conducted using two different propriety fiber types (NovotexTM and DramixTM) with volumetric ratios ranging from 0 to 2 percent of the Novotex fibers and with 1 percent Dramix fibers. Compression tests are conducted on small and large cylinders. For characterization of tensile behavior, several different test methods are used including: direct tension of SFRC alone; SFRC with tension applied to an embedded longitudinal rebar; and flexural bending test. Similarly direct shear tests are conducted to investigate the additional shear resistance contributed by steel fibers. Variations in the results of different specimens are reconciled through normalization of stress and strain parameters. Based on the experimental results, empirical relations are derived for modeling and analysis of SFRC.

The results of an experimental investigation are presented which examine the seismic adequacy of pre-1970 reinforced concrete (RC) corner beam-column joints and the efficacy of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites for both pre- and post-earthquake retrofit of such joints. Four full-scale corner beam-column-slab subassemblages built with identical dimensions and pre-1970 reinforcement details were subjected to a reverse-cycle bidirectional displacement history consisting of alternate and simultaneous cycles in the two primary frame directions before and/or after retrofit. Two of the specimens were first subjected to severe and moderate levels of damage, respectively, then repaired by epoxy injection, and strengthened by adding a #7 reinforcing bar within the clear cover at the column inside corner and by externally bonding multiple layers of carbon fabric to form a carbon-epoxy retrofit system. Two other specimens, one of which had a significantly lower concrete compressive strength, were strengthened in their as-built condition. The CFRP scheme was improved in light of the findings as the experimental program progressed. Pre-1970 RC corner beam-column joints were found to be severely inadequate in meeting seismic demands because of column bar yielding, joint shear failure, loss of anchorage of beam bottom bars, failure of column lap-splices, and the resulting loss of stiffness and strength that dominate their behavior even at relatively low interstory drift levels. Bidirectional loading played a significant role in such response. It was shown, however, that such joints can be strengthened easily both before and after earthquake damage by using CFRP composite schemes. Regardless of the level of existing damage and concrete strength, a "rigid" joint behavior up to interstory drift ratios of at least 2.4% and joint shear strength factors ranging from 1.06 to 1.41√MPa were achieved; such shear strength factors are larger than the value of 1.00√MPa recommended for use with seismically designed, code-conforming corner beam-column joints. A ductile beam hinging mechanism was achieved and energy dissipation capacity was improved efficiently for joints with concrete strengths ranging from 26 to 34 MPa. The subassemblage with significantly low-strength concrete (15 MPa) had low overall lateral stiffness and reduced reinforcement anchorages which prevented the formation of beam hinging. In cases of such low-strength concrete, more invasive operations may be required so that the improved joint shear strength can be mobilized. It is recommended that bidirectional loading be always considered in both pre- and post-retrofit evaluation of corner joints.

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.

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.

Esta pesquisa foi motivada pela existência de controvérsia na literatura sobre concreto exposto a altas temperaturas, das dúvidas ainda por solucionar acerca da matéria e da lacuna na norma brasileira para a matéria. Este tema reapareceu após os vários acidentes em túneis ao redor do mundo ocorridos nos últimos dez anos, nos quais se verificou a ocorrência de lascamento explosivo de forma intensa, afetando a estabilidade estrutural. O objetivo principal da tese é correlacionar os parâmetros tecnológicos de dosagem (relação água/cimento, teor de argamassa e consumo total de água) às condições de risco de lascamento, associados à umidade ambiente, que indiretamente, influencia no grau de saturação do concreto. O segundo objetivo é otimizar o uso de fibras de polipropileno para minimizar o efeito do lascamento. Adotou-se empregar a curva-padrão H durante 55 minutos em corpos-de-prova cúbicos aquecidos apenas em uma das fases com sua dilatação térmica lateral restringida. O nível de lascamento foi avaliado usando o volume lascado, obtido pela espessura medida diretamente nos corpos-de-prova, multiplicada pela área lascada, calculada pelo AUTOCAD 2000. Os resultados mostraram que o parâmetro tecnológico mais relevante na ocorrência de lascamento foi a relação água/cimento e a umidade ambiente apresentou capacidade de alterar as condições de risco de lascamento. No estudo com as fibras percebeu-se diferentes teores de fibras e diferentes características das fibras para cada grupo de a/c. Conclui-se que a relação água/cimento mais baixa associada a umidade a ambiente mais elevada é a condição mais propícia a ocorrência de lascamento. Conclui-se também que o teor de fibras de 600g/m³ é o teor mínimo para se reduzir o lascamento no grupo a/c=0,50 e 1750g/m³ no grupo a/c=0,25. A fibra L=12mm F=36µm PF=140°C mostrou-se a mais eficaz no grupo a/c=0,50 apenas o comprimento L=6 mm mostrou-se eficiente na redução do lascamento. / The present research was motivated by the going controversy in the literature about concrete exposed to high temperatures, the yet unanswered doubts existent on this subject and in the absence of regulation on the matter in Brazil. The theme gained significance after the occurrence of several accidents in tunnels all over the world in the last ten years, in which were observed a very intense form of explosive spalling that affected structural stability of the sites. The main purpose of this work is set up a correlation between technological parameters of dosage in concrete (water cement rate -w/c, mortar content - a, and total water consumption - H) and risk conditions of spalling, which are related to environment humidity that indirectly effects concrete saturation level. The second goal is to optimize the use of polypropylene fiber in order to minimize spalling. The standard H curve was applied during 55 minutes in cubic samples with only a single surface exposed to heat and with restrained lateral thermo dilatation. The response variable was the observed volume of spalling (with multiplied by area of spalling in the sample). The results showed the rate water/cement as the most relevant technology parameter related to spalling risk conditions. Whereas the use of fiber is concerned, efficiency required different fiber content and characteristic for each water/cement rate combined with higher environment humidity provides proper conditions for the occurrence of spalling were 600g/m³ and 1750g/m³ for water/cement ratios of 0,5 and 0,25 respectively. It was also found that the fiber with L=12mm, F=36µm PF=140°C was the most effective in reducing spalling for a water/cement ratio of 0,50 whilst for a effective in reducing spalling for a water/cement ratio of 0,50 whilst for a water/cement ratio of 0,50 whilst for a water/cement ratio 0,25 only the length (L=6 mm) appeared as a significant factor.

O emprego de fibras para reforço de concreto é uma técnica bastante conhecida e estudada mundialmente. As mais conhecidas e estudadas são as fibras de aço, embora utilização das macrofibras poliméricas esteja amplamente difundida no mercado brasileiro. Entretanto, a caracterização do comportamento mecânico de concretos reforçados com essas macrofibras ainda deve ser mais bem avaliada. Dentre os diversos métodos utilizados para essa finalidade, os ensaios realizados com sistema fechado de controle de velocidade de deslocamento fornecem resultados mais confiáveis. A principal vantagem conferida por esse sistema está na avaliação desses compósitos em baixo nível de fissuração com maior acurácia. O desempenho desses compósitos foi estudado segundo as normas ASTM C1609 (2010), ASTM C1399 (2010) e EN 14651 (2007) e o método JSE-SF4 (1984). Os quatro procedimentos prescrevem ensaios de flexão de corpos-de-prova prismáticos para determinação da resistência residual pós-fissuração e da tenacidade. Os procedimentos americanos e o método japonês prescrevem configuração de aplicação de carga por dois cutelos superiores, posicionados sobre o terço médio do corpo-de-prova. Já a configuração do método europeu é de aplicação de carga por apenas um cutelo superior, centralizado em relação ao vão de ensaio, com corpos-de-prova com entalhe na face inferior. Foram estudadas uma macrofibra de polipropileno, nas dosagens de 0,22, 0,33, 0,50, 0,66, 0,82 e 1,0% em volume em três matrizes de concreto, com resistências médias à compressão de 30, 35 e 40MPa, e uma fibra de aço, nas dosagens de 0,19, 0,32 e 0,45% em volume em uma matriz de resistência média à compressão de 35MPa. Foi observado que a utilização da velocidade de deslocamento do corpo-de-prova como parâmetro de controle do ensaio forneceu boas condições de avaliação do compósito, devido à redução da instabilidade pós-pico. Com isso, a determinação da resistência residual do compósito nos níveis iniciais de deslocamento e fissuração da matriz foi mais bem caracterizada. Pela análise e comparação dos resultados, foram formuladas equações para estabelecer correlações entre os diferentes métodos de ensaio. Com o modelo de regressão utilizado na análise estatística foi possível verificar que a resistência à compressão da matriz, o tipo e o teor de fibra são as variáveis independentes que mais influenciam os resultados de resistência residual. Foi necessário estabelecer correlações para cada tipo de fibra separadamente, pois o comportamento de slip-softening ou de slip-hardening influencia as funções obtidas. / The use of fibers for concrete reinforcing is a very common practice, used all over the world. Steel fibers are the most common and studied, although synthetic macrofibers are in very common use in the Brazilian market. However, the evaluation of the mechanical behavior of concrete reinforced with this type of fiber must be evaluated. A broad range of tests is available for this purpose. Tests performed under closed-loop displacement control provide more reliable results. The main advantage of that system is in the evaluation of the composite at low levels of crack opening with higher accuracy. In this study, the performance of these composites was examined according to the standard test methods ASTM C1609 (2010), ASTM C1399 (2010), EN 14651 (2007) and JSCE-SF4 (1984). These four methods prescribe flexural tests in prismatic specimens for the determination of post-crack residual strength and toughness. The American and the Japanese test methods prescribe four-point bending tests, while the European test method prescribes three-point bending tests and specimens with a notch in the bottom face. Two fibers were analyzed: a polypropylene macrofiber, used in the dosages of 0.22, 0.33, 0.50, 0.66, 0.82 and 1.0 in volume percentage, in three concrete matrices with average compressive strengths of 30, 35 and 40MPa, and a steel fiber, in the dosages of 0.19, 0.32 and 0.45 in volume percentage, in one concrete matrix of average compressive strength of 35MPa. It was observed that the use of the net displacement of the specimen as the parameter to control the load application provided good conditions for the evaluation of the mechanical behavior of the composite, due to the reduction of post-peak instability. Therefore, the determination of the residual strength of the composite in the initial levels of displacement and cracking of the matrix was better achieved. From the comparative analysis of the results, equations were developed to establish a correlation among the test methods. Based on the model used in the statistical analysis, the main independent variables that influence the results of residual strength are the compressive strength of the concrete matrix, the type and the content of the fiber. The equations were obtained separately according to the fiber type, because the behavior of slip-hardening or slip-softening influence the correlations.

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.

Embora sejam reconhecidas diversas vantagens na adição de fibras curtas de aço ao concreto (CRFA), em especial o ganho de tenacidade, pouco se sabe a respeito da fluência desses materiais compostos. Este trabalho teve como objetivo principal investigar o potencial e as dificuldades inerentes de um método de avaliação experimental da fluência pelo ensaio de vigas, como possível alternativa aos ensaios de compressão axial já consagrados. Ao mesmo tempo, considerando a nova tendência de exploração de compósitos híbridos - formados por fibras de diferentes características, de modo a obter respostas adequadas aos processos de micro e macrofissuração - tomou-se como objeto de estudo experimental um conjunto de modelos e corpos-de-prova de CRFA comum e de CRFA híbrido, este formado pela combinação de fibras de aço de diferentes comprimentos, umas mais longas e outras mais curtas. Para caracterização dos materiais, foram efetuados ensaios para determinação das principais propriedades mecânicas de interesse em distintas idades. As proporções da mistura adotada neste programa experimental foram baseadas em dados de estudos anteriores, que suscitaram investigações mais detalhadas. Entretanto, neste particular programa de ensaios, a adição das fibras, principalmente as mais curtas, acarretou maior teor de ar incorporado ao compósito, o que penalizou o seu desempenho em alguns aspectos. Os resultados desses ensaios demonstraram pouca influência das fibras sobre as propriedades de resistência à compressão, módulo de elasticidade e resistência à tração por compressão diametral. Quanto à fluência, o desempenho do CRFA e do compósito híbrido foi inferior ao da matriz. Por outro lado, notou-se maior restrição à retração do concreto com a adição de fibras. Na análise dos resultados experimentais, o estudo das flechas diferidas foi efetuado pelas correspondentes deformações, para interpretação do fenômeno por meio das curvas de fluência específica. O ajuste de resultados experimentais para curvas de fluência específica demonstrou que a fluência em vigas, apesar de apresentar - comparativamente aos modelos teóricos fundamentados em ensaios de compressão - maior taxa inicial, maiores coeficientes de fluência e estabilização aparentemente mais rápida, pode ser representada por modelos teóricos semelhantes aos usuais. As curvas de tendência determinadas para a matriz foram comparadas com aquelas derivadas de expressões dadas por normas técnicas (NBR 6118:2003 e ACI209:1982), assim como com as obtidas em simulações numéricas efetuadas como software DIANA®. A fluência também foi avaliada experimentalmente em vigas entalhadas, submetidas apenas à ação do peso-próprio, sendo estes ensaios também simulados por meio de modelagem numérica e aplicação de conceitos da mecânica da fratura. Os resultados analisados permitem dizer que há possibilidade de avaliar a fluência pela metodologia estudada, o que oferece um método alternativo para avaliação experimental da fluência. Nesta pesquisa, avaliou-se também a alteração de rigidez das vigas ensaiadas em decorrência dos efeitos do tempo, por meio de ensaios dinâmicos de vibração livre, segundo a ASTM C-215:1991a. / Despite of the well known advantages of steel fiber addition to concrete (SFRC), especially the toughness improvement, only a few number of studies has been developed about creep on these composites. The main purpose of this research is to investigate the feasibility and inherent difficulties related to a particular creep evaluation method. This method is based on beam test results and their analysis by fracture mechanics theory. It is intended to become an alternative method instead of the usual creep analysis of axial compression test results. At the same time, looking at the development of hybrid composites - made of distinct kind of fibers to obtain the best responses for micro and macrocracking - an experimental program was performed. Specimens molded with plain concrete, ordinary SFRC and hybrid SFRC were tested in flexure, the last one made of an association of short and large steel fibers. Characterization tests were performed to obtain the main mechanical properties of these materials at several ages. The mixture proportions were based in previous studies, where good performance characteristics were observed in hybrid composites. Nevertheless, in this particular test series, the addition of shorter steel fibers resulted in high air contents, what probably caused the decrease of the composite\'s performance in some aspects. The test results displayed low influence of the fiber addition on mechanical properties such compression strength, modulus of elasticity and tensile strength. Creep performance showed to be worse in the SFRC and hybrid composites than in plain concrete matrix. However, the reinforcement with steel fibers improved the shrinkage restrain. The analysis of the long-term beam deflections was made by finding the corresponding strains in the sections. Afterwards, specific creep functions were obtained by regression methods. The experimental creep functions were compared to the existing ones in literature and design codes. Despite of some differences, such as higher initial creep rate, higher creep coefficients and faster stabilization, it may be concluded that these functions represented quite well the phenomenon. Also experimental functions for plain concrete showed good results when compared to creep prediction model given by design codes, such as the Brazilian NBR 6118:2003 and ACI 209:1982. Comparison with numerical modeling results also gave satisfactory results. Creep in flexure was also evaluated by means of notched beam tests, where the sustained load was performed only by the beam self-weight. The test results were analyzed by numerical modeling and application of fracture mechanic concepts. The overall results showed the feasibility of creep assessing by the beam test method, which can be, after further detailed test series, a good alternative method instead of axial compression tests. Also dynamic free vibration tests were performed, according to ASTM C-215:1991 recommendations, to investigate the beam stiffness loss due to long term loading effects. These tests showed that modal analysis can be a helpful method in the tests, since it does not introduce damages in the test specimens.