No presente trabalho, utiliza-se concreto com fibras de aço, traspasse de armaduras e chaves de cisalhamento para desenvolver uma ligação viga-pilar capaz de resistir a ações cíclicas e dinâmicas e que possa ser empregada na pré-moldagem de estruturas de casas de força de usinas hidrelétricas. Para atingir este objetivo, inicialmente foram realizados ensaios de caracterização dos materiais, cujos resultados mostraram aumentos de 34% na resistência à tração na flexão, 16% na resistência à compressão e 33% na tenacidade, comprovando os efeitos benéficos das fibras de aço nas propriedades mecânicas do concreto. Em seguida, foram realizados ensaios de tração em tirantes, cujos resultados sugeriram que um comprimento de 15Ø é suficiente para que a emenda desenvolva as tensões de aderência de modo adequado; e ensaios de cisalhamento, cujos resultados mostraram que a ligação viga-pilar resiste a tensões de cisalhamento direto de até 0,77 MPa. Na sequencia, foram realizados ensaios cíclicos em dois modelos cruciformes para caracterização da ligação (um monolítico e outro de concreto pré-moldado, o qual empregava concreto com 1% de fibras na região da ligação), sendo o carregamento aplicado em cinco níveis de força, cada um com dez ciclos de carregamento e descarregamento. Os resultados desses ensaios mostraram que a ligação do modelo em concreto pré-moldado apresentou 85% da resistência do modelo monolítico e ruptura governada por flexão. Por fim, os ensaios dinâmicos foram realizados nos modelos cruciformes em três diferentes situações (íntegros, fraturados e após ruptura da ligação) para estimar o coeficiente de amortecimento, o qual sofreu uma redução de 31% após o ensaio cíclico. Simulações computacionais foram realizadas para complementar a investigação realizada neste trabalho. Elas mostraram representação aceitável da rigidez, mas não da resistência do modelo. / In the present work, steel fiber reinforced concrete, splicing bars and shear keys are used in order to develop a beam-column connection able to support cyclic and dynamic loadings and which can be used in precasting power houses structures of power plants. To achieve this goal, tests were carried out to characterize the materials, which showed increases of 34% in flexural tensile strength, 16% in compressive strength and 33% in toughness factor, confirming the beneficial effects of steel fibers in mechanical properties of the concrete. Then, tensile tests were carried out on rods, whose results suggested that a length of 15Ø can assure appropriate development of bond stresses through the splice; and shear tests, whose results showed that the beam-column connection resists to shear stresses of up to 0,77 MPa on shear key. After, cyclic tests were performed in two cruciform models in order to characterize the beam-column connection (one monolithic and the other precast concrete, which employed 1% steel fiber reinforced concrete in connection region, being the loading applied in five loading levels, each one in 10 cycles of loading and unloading. Results of these tests showed that precast beam-column connection presented 85% of the strength presented by the monolithic model and bending failure. Finally, dynamic tests were performed in cruciform models in three different situations (uncracked, cracked and after failure) for estimating the damping ratio, which was reduced by 31% after cycles. Computer simulations were performed to complement the research developed in this work. They showed acceptable representation of stiffness, but the strength of the model.

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

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

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.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2009. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-20T22:47:54Z No. of bitstreams: 1 Estudo probabilístico da resistência à compressão e da resistência à tração na flexão dos concretos utilizados na construção do dique seco do estaleiro Rio Grande, No Superporto, Em.pdf: 10848965 bytes, checksum: 809b5f8cbee32e8c634ff304349206bb (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-04T16:19:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Estudo probabilístico da resistência à compressão e da resistência à tração na flexão dos concretos utilizados na construção do dique seco do estaleiro Rio Grande, No Superporto, Em.pdf: 10848965 bytes, checksum: 809b5f8cbee32e8c634ff304349206bb (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-04T16:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estudo probabilístico da resistência à compressão e da resistência à tração na flexão dos concretos utilizados na construção do dique seco do estaleiro Rio Grande, No Superporto, Em.pdf: 10848965 bytes, checksum: 809b5f8cbee32e8c634ff304349206bb (MD5) Previous issue date: 2009 / A variação presente nos ensaios de aceitação do concreto, sobretudo a resistência, torna fundamental a utilização de uma grande quantidade de dados amostrais para estabelecer parâmetros de avaliação e calibração das normas técnicas. Distintos controles tecnológicos, metodologias de dosagem e características dos materiais, são alguns dos fatores que fazem com que o concreto tenha peculiaridades relacionadas à região do planeta onde o mesmo é produzido.O presente trabalho aplicou diversos métodos de controle e aceitação de estruturas de concreto aos resultados práticos oriundos do concreto lançado na execução do dique seco do Estaleiro Rio Grande em construção na cidade de Rio Grande - RS. Esta obra é uma importante fonte de informações sobre a resistência e o comportamento do concreto visto que, na mesma, foi empregado desde o início um rigoroso controle de qualidade; gerando dados raramente disponíveis em obras portuárias brasileiras. Foram utilizados como base para este trabalho dois traços de concreto; um com adição de fibras e fck= 35 MPa e outro com adição de sílica ativa e fck= 40 MPa. Foram realizadas comparações entre as estimativas de resistência das normas brasileira, européia e norte-americana de concreto. Realizadas análises estatísticas de modelos teóricos de distribuição de probabilidade destas resistências. Além disso, foram estabelecidas correlações entre as resistências à tração e à compressão do concreto. O incremento de resistência do concreto ao longo do tempo também foi estudado, tanto para compressão como para a tração. As análises apresentadas permitem atestar o atendimento dos concretos utilizados na execução do dique seco quanto aos requisitos estabelecidos pelas normas brasileiras de concreto. / Due to the variability in the results of the concrete acceptance tests, especially in the resistance tests, it is fundamental to use a large number of sample data to establish the assessment parameters and to calibrate the standard codes. Different technological controls, mixing methodologies and material characteristics are some of the factors that cause the concrete having peculiarities proper of the region where it is produced. The present work has applied different methodsof control and acceptance of concrete structures to the test results of the concreteused in the construction of the Estaleiro Rio Grande dry-dock, in the city of Rio Grande – RS. This construction site is an important source of information about the concrete resistance and behavior, because it was adopted, since the beginning of the construction, a rigorous quality control. This quality control produced a number oftest results that is seldom available in the Brazilian harbors construction sites. In this work two different concrete mixes were studied: first a fiber reinforced concrete (FRC) with fck = 35 MPa, and a second one with silica fume addition with fck = 40 MPa. The resistance assessment formulations of the Brazilian, European and North American standard codes were compared. A statistical analysis of best the probability distribution models for the resistance test results was made. Besides, it was determined a correlation between the concrete tensile and compressive resistances. The increasing of the concreteresistance with time was also studied to compression as well as to tension. The analyses performed have showed that both concrete mixes used in the construction of this dry-dock have attained the quality standards required by the Brazilian standard codes for concrete.

O presente trabalho trata do estudo do comportamento de chumbadores grauteados inseridos em concreto com fibras de aço em ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado. Este estudo é importante para se entender e poder quantificar a influência da rigidez deste componente no comportamento de ligações semirrígidas de estruturas de concreto pré-moldado. O objetivo do trabalho é estudar o mecanismo do chumbador no concreto com fibras de aço em ensaios específicos e avaliar também o comportamento de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando estas fibras no consolo e no dente da viga. Nesta pesquisa foi realizado um programa experimental no Laboratório de Estruturas da EESC, uma análise numérica com o emprego do software DIANA® e uma comparação com formulações analíticas existentes para o cálculo da força última destes componentes. Foram ensaiados nove modelos experimentais para avaliar especificamente o mecanismo resistente do chumbador, variando-se os diâmetros das barras, sua inclinação e a porcentagem de fibras de aço no concreto. Além destes modelos, foi realizado ensaio de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado para avaliar a rigidez da ligação com chumbador inserido em concreto com fibras de aço. Nos ensaios experimentais dos chumbadores observou-se que modelos com concreto com fibras de aço apresentam rigidez até 25% maior se comparado ao modelo com concreto convencional. Verificou-se que o graute utilizado para solidarizar os chumbadores exerce significativa influência na capacidade última do modelo, podendo diminuir em cerca de 30% a capacidade de carga. A ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando concreto com fibras de aço no consolo e no dente da viga se comportou de maneira satisfatória, não apresentando fissuração na interface dos diferentes concretos. Na comparação dos modelos ensaiados com as formulações teóricas extraídas de trabalhos de referência verificou-se que, para os modelos específicos de chumbador, a formulação existente é representativa. Para a ligação viga-pilar, alguns ajustes na formulação analítica se fizeram necessários para considerações de efeitos de grupo e de borda observados e decorrentes da utilização de dois chumbadores na ligação proposta neste trabalho. / This research deals with the study of the behavior of grouted dowels embedded in concrete with steel fibers. This study is important to understand and quantify the stiffness transmitted by this component in a semi-rigid connection of precast concrete structures. The objective is to study the mechanism of the dowel in the concrete with steel fibers and evaluate the mechanical behavior of a precast beam-column connection using this type of concrete on the corbels and in the dapped-end beam. In this research, an experimental program in the EESC Structures Laboratory was carried out, as well as a numerical analysis with the use of DIANA® software and a comparison with existing formulations to calculate these components. Nine models were experimentally tested to specifically evaluate the dowel resistant mechanism by varying the diameters of the bars, the declination and the percentage of steel fibers in concrete. Furthermore, an experimental test was performed in order to evaluate the behavior of the connector. The results indicate that for the dowels with concrete and steel fibers, the ultimate capacity of the connection occurs by failure of the connector (excessive deformation of the bars), while in conventional concrete this capability is associated with the rupture of the concrete and that the concrete with steel fibers decreases by 25% the deformability of the models. The grout has a significant impact on the ultimate capacity of the model, which may increase in less than 30%. In the analysis of the beam-column connection, it is possible to observe that the proposed connection exceeds by more than 20% the ultimate capacity compared to traditional beam-column connections. In comparing the theoretical models tested with the formulations shown by previous studies, it was found that for specific models dowels, the existing formulation is representative. For the beam-column connection, adjustment was performed in the previous formulation considerations group and edge effects that occur due to the use of two dowels on the tested connection.

Le béton auto-plaçant renforcé de fibres (BAPF) est l’un des récents développements dans le monde de la technologie du béton combinant les performances de l’auto-consolidation avec la ductilité post-pic et les nombreux avantages face à la fissuration grâce à la présence des fibres dans le béton. L’utilisation de BAPF accroît l’efficacité économique globale de la phase de construction en réduisant la main d’oeuvre, ou la consommation d’énergie requise, en accélérant la vitesse de construction, la réduction ou l’élimination de ferraillage conventionnel et à la simplification des détails et placement du ferraillage. Le BAPF a gagné en popularité dans ses utilisations durant les dernières années telles dans les tabliers de ponts, les poutrelles et les poutres. En dépit de preuve d’amélioration de synergie entre la technologie d’auto-placement et l’ajout de fibres dans le BAPF, il est obligatoire de déterminer les propriétés convenables de ce matériau pour trouver les caractéristiques inappropriées dans le béton à l’état frais et durci. A cet égard, les défauts, tels l’agglomération de fibres, la ségrégation et la performance d’écoulement et le placement incorrects à cause de propriétés rhéologiques inappropriées à l’état frais, entraînent une réduction dans la résistance évaluée. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer les propriétés du béton auto-plaçant (BAP), des mélanges intégrant différentes teneurs en granulats et du BAPF (avec insertion de différents types et teneurs de fibres). Ceci peut aider au développement de BAPF avec une rhéologie adaptée et une performance mécanique adéquate incluant une résistance d’adhésion et de cisaillement convenable pour des applications structurelles. Dans le but d’évaluer l’effet des fibres sur les propriétés rhéologiques de BAP à l’état frais, des mélanges intégrant quatre types de fibres avec différents élancement (L/D) seront étudiés. Ces fibres incluent des crochets d’acier (STH 55/30), du fil d’acier tréfilé (STN 65/13), de la macro-fibre synthétique de propylène (PP 56/38) et de l’alcool polyvinylique (PVA 60/12) avec différentes teneurs volumiques (0.25%, 0.5%) ajoutées au BPA de référence. Tous les mélanges ont un rapport w/b fixé à 0,42 et la teneur en granulats grossiers est respectivement de 29, 32 et 35% par volume de béton. Les caractéristiques de béton frais ont été évaluées en considérant l’affaissement, l'évaluation du temps d’écoulement (V-funnel), l'amplitude à l'écoulement du BAP (J-Ring), le tassement de surface et le rhéomètre ConTec. Les propriétés du béton durci, en particulier la résistance à la compression, la résistance à la traction par fendage, la résistance à la flexion, et le module élastique ont été évaluées. L’effet des types de fibres, des teneurs en fibres et en granulats sur la résistance à la rupture et la robustesse du BAP au cisaillement des mélanges optimisés, incluant le BAP de référence, le SCCAGG (32% and 35%), le FRSCC ST-H (0.25% and 0.5%), le FRSCCPP (0.25% and 0.5%), le PVA (0.25% and 0.5%) et le ST-N (0.25% and 0.5%) ont été testés en utilisant l’essai de cisaillement direct pour évaluer la résistance en cisaillement et la résistance résiduelle du béton. Les résultats des essais prennent en considération la capacité portante en cisaillement de l’élément structurel fabriqué à partir de BAPF. Les résultats des essais montrent que l’ajout de fibres était beaucoup plus efficace que l’accroissement de la teneur en agrégats sur la résistance au cisaillement du BAP. L’amélioration de la contrainte au cisaillement à la rupture comparée au mélange de référence est plus grande avec 16.3% pour l’ajout de fibre de type STN 0.5%, 15.8% pour l’ajout de fibre de type STH 0.5%, 14.92% pour l’ajout de fibre de type PP 0.5% et 7.73% pour l’ajout de fibre de type PVA 0.5%. De plus, l’ajout de fibres améliore le comportement post-pic en cisaillement du BPA en comparaison à l’augmentation de la teneur en granulats. L’augmentation de la teneur en fibres de 0.25% à 0.5%, par volume de béton, a amélioré la résistance et la ténacité au cisaillement, le comportement en flexion peu importe le type de fibres. Cette amélioration a été la plus élevée dans le cas du STH 0.5% et la plus basse pour des valeurs de PVA0.5%. La réponse de la résistance à l’adhésion des barres d’armatures localisées à différentes hauteurs de l’élément de mur (effet top-bar) a été étudiée pour des mélanges optimisés; le BPA de référence, les mélanges ST-H 0.5, et PP 0.5 ont été testés à travers l’essai d’arrachement direct des barres coulées dans le large élément de mur. Utilisation de fibres de propylène et de fibres à crochets d’acier au BPA a légèrement augmenté le facteur de modification à l’adhérence (effet top-bar) de 1 dans le cas du BPA jusque 1,1 et 1,2 pour les fibres de propylène et de crochets d’acier respectivement. Les éléments de mur fabriqués à partir du mélange de BPA de référence a montré la distribution de résistance la plus uniforme avec moins de 5% de réduction de sa résistance à l’adhérence sur la hauteur. Ces pertes de résistance à l’adhérence pour les éléments de mur coulés avec du BPA intégrant les de fibres de propylène et de fibres à crochets d’acier sont respectivement de 10% et 20%. / Abstract : Fiber reinforced self-consolidating concrete (FR-SCC) is one of the recent developments in the world of concrete technology which combines the self-consolidating performance with the post-peak ductility and multiple cracking advantages due to presence of fiber reinforcement in concrete. The use of FR-SCC increases the overall economic efficiency of the construction process by reducing the workforce, or energy consumption required, increasing speed of construction, reduction or elimination of the conventional reinforcement and to the simplification of reinforcement detailing and placement. The FR-SCC has gained increasing popularity applications in the last few years such as bridge decks, girders and beams. Despite the improvement evidence of synergy between self-consolidating technology and fiber addition in the FR-SCC, finding adequate properties of this material is mandatory to find any improper characteristics in the fresh and hardened states. In this regards, defects, such as fiber clustering, segregation and improper flow performance and placement due to improper rheological properties in the fresh state, which leads to reduction in strength, are evaluated. The main objective of this study is to evaluate some rheological and mechanical properties of self-consolidating concrete (SCC) mixtures with different aggregate contents and FR-SCC (incorporating different fiber types and contents). This can help to develop of FR-SCC with adapted rheology and proper mechanical performance including bond strength and shear strength for structural application. In order to evaluate the effect of fibers on rheological properties of SCC in the fresh state, mixtures incorporating four types of fibers with different aspect ratio (L/D) were investigated. The fibers included steel hooked (STH 55/30), steel drawn wire needles (STN 65/13), synthetic macro-fiber propylene (PP 56/38) and polyvinyl alcohol (PVA 60/12) with variety of volume content (0.25%, 0.5%) added to the SCC reference. All mixtures has a fixed w/b ratio of 0.42 and different coarse aggregate contents of 29, 32 and 35%, by volume of concrete. The fresh concrete characteristics were evaluated by considering the slump flow, V-funnel, J-Ring, surface settlement and ConTec rheometer. The hardened properties, mainly compressive strength, splitting tensile strength, flexural strength, flexural toughness, and modulus of elasticity were evaluated. The effect of fiber type, fiber content, and coarse aggregate content on ultimate shear load and shear toughness of the optimized mixtures. The mixtures including SCC reference, SCC with aggregate volume of 32% and 35% (SCCAGG 32% and SCCAGG 35%), SCC incorporating ST-H fibers with the dosages of 0.25% and 0.5% (FRSCC ST-H 0.25% and FRSCC ST-H 0.5%), SCC incorporating PP fibers with the dosages of 0.25% and 0.5% (FRSCC PP 0.25% and FRSCC PP 0.5%), SCC incorporating PVA fibers with the dosages of 0.25% and 0.5% (FRSCC PVA 0.25% and FRSCC PVA 0.5%) and SCC incorporating ST-N fibers with the dosages of 0.25% and 0.5% (FRSCC ST-N 0.25% and FRSCC ST-N 0.5%) were tested using the direct shear push-off test to evaluate shear strength and residual shear strength of the concrete. These test results could be used in the shear load carrying capacity of the structural element made by FRSCC. The test results show that adding fiber was much more effective than increasing aggregate content on the shear strength behaviour of SCC. The ultimate shear stress improvement of the mixtures incorporating fiber compared to the SCC reference mixture were 16.3% for STN 0.5%, 15.8% for STH 0.5%, 14.92% for PP 0.5%, and 7.73% for PVA 0.5% mixture. Moreover, adding fibers improved the post-peak shear behaviour of SCC compared to addition of aggregate content. Increasing the fiber content from 0.25% to 0.5%, by volume of concrete, improved shear strength, shear toughness and flexural toughness behaviour regardless of the fiber types. This enhancement was highest in the case of STH 0.5% and lowest values for PVA0.5%. The bond strength response of rebars located at different heights of the wall element (top-bar effect) investigated for optimized mixtures, including SCC reference, ST-H 0.5, and PP 0.5 mixtures was tested through direct pull-out test of rebars cast in the large wall elements. Adding propylene and steel hooked fibers to SCC is found to slightly increase the bond modification factor (top-bar effect) from 1 in the case of SCC up to 1.1 and 1.2 for propylene and steel hooked fibers, respectively. The wall elements made with SCC reference mixture showed the most uniform bond strength distribution and had less than 5% reduction of bond strength along the height. These bond strength losses for wall element cast with SCC incorporating 0.5 % of steel hooked fiber and that of propylen fiber with the same volume are 10% and 20%, respectively.

[pt] Nos últimos 40 anos, tem-se observado um crescente interesse por compósitos formados pela adição de fibras a matrizes de concreto, os chamados concretos reforçados com fibras. Esse interesse é justificado, sobretudo, pelo significativo ganho em tenacidade que as fibras proporcionam, atenuando as características frágeis do concreto. De fato, em virtude do mecanismo de reforço promovido pelas fibras, o concreto com fibras é capaz de absorver muito mais energia de deformação até a ruptura, apresentando, no regime pós-fissuração, um comportamento muito mais suave que o concreto simples. Esse comportamento é acompanhado por um processo de fissuração mais uniforme, no qual observam-se fissuras mais finas e menos espaçadas. Além disso, registram-se aumentos nos valores de resistência do material e nos níveis de deformação que ele atinge até seu completo esgotamento. Tendo em vista os benefícios que as fibras aportam ao desempenho do concreto, seu emprego seria recomendável a estruturas em que a ductilidade é um dos parâmetros principais de projeto, ou naquelas feitas com concretos de alta resistência, uma vez que estes apresentam um comportamento ainda mais frágil que os concretos de resistência normal. Além disso, a utilização de fibras no combate aos esforços de cisalhamento mostra-se extremamente vantajosa e promissora. Neste trabalho, apresenta-se um modelo constitutivo para concreto reforçado com fibras baseado na formulação hipoelástica de ELWI E MURRAY (1979), originalmente proposta para concreto simples. As especificidades do comportamento do concreto com fibras frente às mais diversas solicitações, tais como, tração, compressão e cisalhamento, são incorporadas ao modelo através de relações tensão-deformação adequadas a esse material. Tais relações provêm de estudos analíticos e experimentais sobre o assunto, publicados na literatura técnica especializada. O modelo assim obtido é implementado no programa FEPARCS (ELWI E MURRAY, 1980), capaz de realizar análises númericas não-lineares através do método dos elementos finitos. Por fim, utiliza-se esse program para simular a resposta de uma estrutura de concreto com fibras, cujo ensaio experimental aparece minuciosamente descrito em (CRAIG, 1987). Os resultados numéricos obtidos são comparados com os experimentais correspondentes, em termos da curva carga versus deslocamento, desenvolvimento e distribuição de fissuras, progressão do escoamento da armadura longitudinal (convencional) e modo de ruptura. Avalia-se, então, a eficiência da implementação realizada na descrição do comportamento de estruturas de concreto com fibras. / [en] Along the past forty years, an increasing interest on composite materials formed by the addition of discrete fibers to a concrete matrix is being observed. These composites are known as fiber reinforced concretes. The interest on the use of fibers as reinforcement is justified by their significative contribution to concrete thoughness, as they reduce the brittle characteristics of that material. In fact, due to fiber reinforcement mechanism, fiber reinforced concrete can absorb much more strain energy until failure, in comparison to ordinary concrete. The cracking process seems to be more uniform, as the distance between cracks are reduced. Besides that, the material strength and the deformation levels at cracking and rupture are greater, on the case of fiber reinforced concrete. The benefits that fibers bring to concrete behavior indicate that they could be used as complementary reinforcent for concrete structures when ductility is a major design concern, or when high strength concrete is employed, as this class of material tends to be much more brittle then normal strength concrete. Fibers are also effective as shear reinforcement, and they could even replace stirrups in this function. In this work, a constituive model for fiber reinforced concrete is presented. This model is based on the formulation originally proposed by ELWI AND MURRAY (1979) for the case of ordinary concrete. The behavior characteristcs of fiber reinforced concrete are incorporated as adaquated uniaxial stress-strain relations in tension and compression. The behavior under shear stress is also considered. The model is then implemented in the finite element program FEPARCS (ELWI AND MURRAY, 1980). A numerical analysis on the response of a fiber reinforced concrete structure is conducted. Results reported in technical literature (CRAIG, 1987) are compared to those obtained by the finite element analysis. The efficiency of the model is then verified. / [es] En los últimos 40 anos, se ha observado un creciente interés por compuestos formados por la adición de fibras a matrizes de concreto, los llamados concretos reforzados con fibras. Ese interés se debe a la significativa ganancia en tenacidad que las fibras proporcionan, atenuando las características frágiles del concreto. De hecho, en virtud del mecanismo de refuerzo promovido por las fibras, el concreto con fibras es capaz de absorver mucha más energía de deformación hasta la ruptura, presentando, en el régimen posfisuración, un comportamiento mucho más suave que el concreto simple. Este comportamiento se ve acompañado por un proceso de fisuración más uniforme, en el cual se observan fisuras más finas y menos espaciadas. Además, se registran aumentos en los valores de resistencia del material y en los niveles de deformación que alcanza hasta su completa destrucción. Teniedo en cuenta los beneficios que las fibras aportan al desempeño del concreto, sería recomendable su empleo en extructuras donde la ductilidad es uno de los parámetros principales de proyecto, o en aquellas hechas con concreto de alta resistencia, ya que éstos presentan un comportamiento más frágil que los concretos de resistencia normal. En este trabajo, se presenta un modelo constitutivo para concreto reforzado con fibras que tiene como base la formulación hipoelástica de ELWI Y MURRAY (1979), originalmente propuesta para concreto simple. Las especificidades del comportamiento del concreto con fibras frente a las más diversas solicitudes, tales como, tracción, compresión y cisallamiento, se incorporan al modelo a través de relaciones tensión-deformación adecuadas a ese material. Tales relaciones provienen de estudios analíticos y experimentales sobre el asunto, publicados en la literatura técnica especializada. La implementación del modelo obtenido fue realizada a través del programa FEPARCS (ELWI Y MURRAY, 1980), capaz de realizar análisis númerico no lineal a través del método de los elementos finitos. Por fin, se utiliza ese programa para simular la respuesta de una extructura de concreto con fibras, cuyo ensayo experimental aparece minuciosamente descrito en (CRAIG, 1987). Los resultados numéricos obtenidos se comparan con los experimentales correspondientes, considerando la curva carga versus deslocamiento, desarrollo y distribuición de fisuras, progresión del deslizamiento de la armadura longitudinal (convencional) y modo de ruptura. Se evalúa entonces, la eficiencia de la implementación en la descrición del comportamiento de extructuras de concreto con fibras.

Les travaux présentés sont une contribution à l’état des connaissances sur les déformations différées des Bétons Fibrés à Ultra hautes Performances (BFUP) subissant un traitement thermique réalisé à température modérée. Ce type de traitement thermique est appliqué dans des conditions de fabrication usine, juste après la mise en œuvre du béton dans son moule, en vue d’accélérer pendant quelques heures le durcissement d’un produit destiné à se voir appliquer une précontrainte au jeune âge. L’analyse bibliographique souligne l’importance de considérer le type de traitement thermique utilisé comme un des paramètres prépondérants associés à la structuration des hydrates à court, moyen et long terme et à la teneur en eau résiduelle libre des bétons. Les résultats expérimentaux ont permis d’une part de quantifier les déformations différées de BFUP subissant un traitement thermique à température modérée et d’autre part de mettre en corrélation ces déformations avec l’évolution de paramètres matériaux mesurés tels que l’humidité relative interne et le degré d’hydratation. Des modèles analytiques adaptés, s’inspirant de ceux présentés dans l’Eurocode 2, sont proposés pour prévoir les déformations différées des BFUP. En outre, la modélisation et les simulations numériques révèlent qu’il est possible de prédire correctement le comportement de ces BFUP tant sur l’évolution des températures internes que sur l’évolution des déformations différées. La prédiction de l’évolution des propriétés des produits en BFUP en fonction de la nature de l’échauffement appliqué devrait permettre en outre l’optimisation des cadences de production et de l’énergie utilisée pour les traitements thermiques. / The work presented is a contribution for the state of knowledge on the time-dependent strains of Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete (UHPFRC) subjected to a heat treatment at a moderate temperature. This type of heat treatment is applied under factory’s conditions, just after the placement of the concrete in its mould, in order to accelerate during a few hours the hardening of an intended product to be seen applying a prestressing to the early age. The bibliographical analysis gives the importance to consider the type of heat treatment used as a significant parameter associated to the hydrates’ structure with short, medium and long term and to the free residual water content of the concretes. The experimental results made it possible on the one hand to quantify the time-dependent strains of UHPFRC subjected to a heat treatment at a moderate temperature and on the other hand to correlate these strains with the evolution of material parameters measured such as the internal relative humidity and the degree of hydration. Adapted analytical models, taking as a starting point those presented in Eurocode 2, are proposed to consider the time-dependent strains of UHPFRC. Moreover, modeling and simulations reveal that it is possible to predict correctly the behavior of these UHPFRC as well on the change of internal temperatures as on the change of the time-dependent strains. The prediction of the evolution of the properties of the UHPFRC products according to the nature of the heating applied should allow moreover the optimization of the production cadences and the energy used for the heat treatments.