Nas últimas décadas, a utilização de fibras de aço no reforço de elementos de concreto tem aumentado significativamente no cenário nacional e mesmo internacional, pois esta utilização melhora em muito as propriedades do material resultante, reduzindo sua fragilidade característica perante esforços de tração. Embora muito se conheça a respeito do comportamento de concretos reforçados com fibras sob solicitações uniaxiais, é sempre desejável que se possa prever adequadamente um comportamento mais amplo dos elementos feitos com tais materiais. Sendo assim, uma das soluções práticas para este tipo de questão seria a realização de ensaios sob solicitações biaxiais. No entanto, este tipo de análise se torna inviável em muitos casos, devido à falta de equipamentos adequados para sua realização. Assim, buscando-se colaborar com um melhor conhecimento dos concretos reforçados com fibras, o presente trabalho procurou desenvolver aparatos de ensaio de baixo custo capazes de solicitar corpos-de-prova em duas direções ortogonais. O comportamento do concreto reforçado com frações volumétricas de 0,5%, 1,0% e 1,5% de fibra foi, desta forma, avaliado a partir das seguintes proporções entre as tensões principais: ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1; ơ2 / ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. A partir das informações de resistência última e das deformações específicas obtidas nos ensaios, foi possível traçar as curvas de ruptura e analisar os padrões de ruptura do concreto reforçado com fibras de aço. Como esperado, os resultados obtidos nos ensaios mostraram que, sob estados de tensões biaxiais, ocorreu um aumento da resistência última e da rigidez do concreto para todas as relações de tensão analisadas ( ơ2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). O aumento da resistência última em compressão biaxial, quando comparado ao concreto sob compressão uniaxial, foi de aproximadamente 20% para o concreto simples e, devido à adição de fibra, foi de aproximadamente 95% para uma relação de tensão igual a ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1. / In the last decades, the use of steel fibers to reinforce concrete elements has been significantly increased in the national scenario and even internationally, since its usage considerably improves the resulting material’s properties, reducing its characteristic fragility under tension. Although much is already known about the behavior of fiber reinforced concretes under uniaxial forces, a better understanding of the behavior of elements made of such materials is always desired. Therefore, a practical solution for this kind of problem would be to undertake biaxial tests. Nevertheless, this type of analysis sometimes turns out to be unviable because of the lack of adequate equipment for its realization. In this way, in an attempt to contribute with a better understanding of the fiber reinforced concretes, the present work tried to develop low-cost apparatuses capable of orthogonally loading specimens in two directions. The behavior of concrete reinforced with fiber volumetric fractions of 0.5%, 1.0%, and 1.5% was, therefore, evaluated under the following principal stresses’ proportions: ơ 2/ ơ 1 = ơ/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0.2/-1; ơ 2/ơ 1 = -0.5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. From the ultimate strength values and from the obtained strains in the carried out tests, the rupture curves were possible to be plot, and the rupture modes and patterns of the fiber reinforced concretes were possible to be analyzed. As expected, the obtained results in the tests showed that, under biaxial stress states, an increase in ultimate strengths and stiffness of concretes for all the stress relations analyzed occurred ( ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ơ 1 = -0,2/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). The increase in the ultimate strength in biaxial compression, when compared with concrete under uniaxial compression, was of about 20% for plain concrete and, due to the addition of fibers, about 95% for a stress relation equals to ơ 2/ ơ 1 = -0.5/-1.

O concreto é um material que possui grande versatilidade de aplicação em construções e, desde a sua criação, vem sofrendo significativas modificações tanto na sua forma de produção e aplicação, quanto na sua composição. A razão para estas constantes modificações é a busca permanente do aperfeiçoamento das propriedades do concreto, ampliando ainda mais o seu espectro de utilização. Neste contexto e, visando principalmente melhorar o seu comportamento frágil perante esforços de tração, a adição de diferentes tipos de fibras surgiu como uma alternativa bastante promissora. Assim, fibras dispersas e concreto passam a formar, juntos, um material compósito, o qual, segundo verificações experimentais, pode trazer benefícios significativos às construções sob o ponto de vista estrutural. Este é o caso do concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), em cujos ensaios foram observados aumentos importantes de resistência à tração e à compressão biaxial com o incremento da quantidade de fibras adicionadas. Visando uma análise mais profunda deste material, o presente trabalho tem por objetivo o estudo de peças de CRFA através da análise numérica tridimensional via Método dos Elementos Finitos. Para tanto, foi desenvolvido um programa computacional, em linguagem FORTRAN 90/95, com o intuito de modelar o comportamento de estruturas executadas com este material. Com base em estudos anteriores, foi implementado no programa um modelo constitutivo capaz de simular o comportamento do concreto com a presença das fibras. A representação do comportamento dos materiais foi feita através de um modelo elastoplástico, sendo analisadas estruturas sob condições de carregamento estático de curta duração. Especificamente para a determinação do comportamento do concreto com fibras, utilizou-se uma variante da superfície de ruptura de Willam-Warnke que considera a presença das fibras através da alteração do seu meridiano de tração. Além disso, a fissuração do concreto foi representada pelo modelo de fissuras distribuídas, que leva em consideração a contribuição da matriz entre fissuras. Dados experimentais disponíveis na literatura são apresentados para efeito de comparação com os resultados obtidos através do programa computacional desenvolvido. Observou-se que o modelo matemático e a metodologia numérica empregados forneceram resultados bastante próximos aos experimentais, validando, desta forma, a modelagem do CRFA realizada neste estudo através de alterações nas propriedades do concreto em função da presença das fibras. / Concrete is a material of great versatility of application in constructions and, since its invention, it has been experimenting significant changes in its form of production and application as well as on its composition. The reason for these continued changes is a permanent search for improvement in concrete’s properties, to widen even more its spectrum of use. In this context, and targeting mainly the improvement of its fragile behavior under tension, the addition of different types of fibers came up as a promising alternative. In this way, disperse fibers and concrete form, together, a composite material that, according to experimental investigations, can bring significant contributions to constructions under a structural standpoint. This is the case of the steel fiber reinforced concrete (SFRC), in whose tests important tensile and biaxial compression strength increases were observed with the increment of the fiber quantity added. Aiming a deeper analysis of this material, the present work has the objective of studying SFRC elements through numerical analyses based on the Finite Element Method. For in such a way, a computational program has been developed in FORTRAN 90/95 language aiming the modeling of the behavior of structures made with this material. On the basis of previous studies, a constitutive model, capable of adequately simulate the behavior of SFRC, was implemented. The representation of the behavior of the materials was carried out through an elastoplastic model and structures under short duration loading conditions were analyzed. Specifically for the determination of the behavior of the concrete with fibers, a variant of the Willam-Warnke rupture surface has been used, which considers the fibers presence through modifications of its tension meridian. Additionally, the concrete cracking was represented in the program by the smeared cracking model, which takes into consideration the contribution of the matrix between cracks. Experimental data available in the literature are compared to the results obtained with the developed computational program. It is observed that the used mathematical model and numerical methodology give results that are quite close to the available experimental data, validating, in this way, the SFRC modeling implemented.

Nas últimas décadas, a utilização de fibras de aço no reforço de elementos de concreto tem aumentado significativamente no cenário nacional e mesmo internacional, pois esta utilização melhora em muito as propriedades do material resultante, reduzindo sua fragilidade característica perante esforços de tração. Embora muito se conheça a respeito do comportamento de concretos reforçados com fibras sob solicitações uniaxiais, é sempre desejável que se possa prever adequadamente um comportamento mais amplo dos elementos feitos com tais materiais. Sendo assim, uma das soluções práticas para este tipo de questão seria a realização de ensaios sob solicitações biaxiais. No entanto, este tipo de análise se torna inviável em muitos casos, devido à falta de equipamentos adequados para sua realização. Assim, buscando-se colaborar com um melhor conhecimento dos concretos reforçados com fibras, o presente trabalho procurou desenvolver aparatos de ensaio de baixo custo capazes de solicitar corpos-de-prova em duas direções ortogonais. O comportamento do concreto reforçado com frações volumétricas de 0,5%, 1,0% e 1,5% de fibra foi, desta forma, avaliado a partir das seguintes proporções entre as tensões principais: ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1; ơ2 / ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. A partir das informações de resistência última e das deformações específicas obtidas nos ensaios, foi possível traçar as curvas de ruptura e analisar os padrões de ruptura do concreto reforçado com fibras de aço. Como esperado, os resultados obtidos nos ensaios mostraram que, sob estados de tensões biaxiais, ocorreu um aumento da resistência última e da rigidez do concreto para todas as relações de tensão analisadas ( ơ2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). O aumento da resistência última em compressão biaxial, quando comparado ao concreto sob compressão uniaxial, foi de aproximadamente 20% para o concreto simples e, devido à adição de fibra, foi de aproximadamente 95% para uma relação de tensão igual a ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1. / In the last decades, the use of steel fibers to reinforce concrete elements has been significantly increased in the national scenario and even internationally, since its usage considerably improves the resulting material’s properties, reducing its characteristic fragility under tension. Although much is already known about the behavior of fiber reinforced concretes under uniaxial forces, a better understanding of the behavior of elements made of such materials is always desired. Therefore, a practical solution for this kind of problem would be to undertake biaxial tests. Nevertheless, this type of analysis sometimes turns out to be unviable because of the lack of adequate equipment for its realization. In this way, in an attempt to contribute with a better understanding of the fiber reinforced concretes, the present work tried to develop low-cost apparatuses capable of orthogonally loading specimens in two directions. The behavior of concrete reinforced with fiber volumetric fractions of 0.5%, 1.0%, and 1.5% was, therefore, evaluated under the following principal stresses’ proportions: ơ 2/ ơ 1 = ơ/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0.2/-1; ơ 2/ơ 1 = -0.5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. From the ultimate strength values and from the obtained strains in the carried out tests, the rupture curves were possible to be plot, and the rupture modes and patterns of the fiber reinforced concretes were possible to be analyzed. As expected, the obtained results in the tests showed that, under biaxial stress states, an increase in ultimate strengths and stiffness of concretes for all the stress relations analyzed occurred ( ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ơ 1 = -0,2/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). The increase in the ultimate strength in biaxial compression, when compared with concrete under uniaxial compression, was of about 20% for plain concrete and, due to the addition of fibers, about 95% for a stress relation equals to ơ 2/ ơ 1 = -0.5/-1.

Nas últimas décadas, a utilização de fibras de aço no reforço de elementos de concreto tem aumentado significativamente no cenário nacional e mesmo internacional, pois esta utilização melhora em muito as propriedades do material resultante, reduzindo sua fragilidade característica perante esforços de tração. Embora muito se conheça a respeito do comportamento de concretos reforçados com fibras sob solicitações uniaxiais, é sempre desejável que se possa prever adequadamente um comportamento mais amplo dos elementos feitos com tais materiais. Sendo assim, uma das soluções práticas para este tipo de questão seria a realização de ensaios sob solicitações biaxiais. No entanto, este tipo de análise se torna inviável em muitos casos, devido à falta de equipamentos adequados para sua realização. Assim, buscando-se colaborar com um melhor conhecimento dos concretos reforçados com fibras, o presente trabalho procurou desenvolver aparatos de ensaio de baixo custo capazes de solicitar corpos-de-prova em duas direções ortogonais. O comportamento do concreto reforçado com frações volumétricas de 0,5%, 1,0% e 1,5% de fibra foi, desta forma, avaliado a partir das seguintes proporções entre as tensões principais: ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1; ơ2 / ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. A partir das informações de resistência última e das deformações específicas obtidas nos ensaios, foi possível traçar as curvas de ruptura e analisar os padrões de ruptura do concreto reforçado com fibras de aço. Como esperado, os resultados obtidos nos ensaios mostraram que, sob estados de tensões biaxiais, ocorreu um aumento da resistência última e da rigidez do concreto para todas as relações de tensão analisadas ( ơ2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,2/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). O aumento da resistência última em compressão biaxial, quando comparado ao concreto sob compressão uniaxial, foi de aproximadamente 20% para o concreto simples e, devido à adição de fibra, foi de aproximadamente 95% para uma relação de tensão igual a ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1. / In the last decades, the use of steel fibers to reinforce concrete elements has been significantly increased in the national scenario and even internationally, since its usage considerably improves the resulting material’s properties, reducing its characteristic fragility under tension. Although much is already known about the behavior of fiber reinforced concretes under uniaxial forces, a better understanding of the behavior of elements made of such materials is always desired. Therefore, a practical solution for this kind of problem would be to undertake biaxial tests. Nevertheless, this type of analysis sometimes turns out to be unviable because of the lack of adequate equipment for its realization. In this way, in an attempt to contribute with a better understanding of the fiber reinforced concretes, the present work tried to develop low-cost apparatuses capable of orthogonally loading specimens in two directions. The behavior of concrete reinforced with fiber volumetric fractions of 0.5%, 1.0%, and 1.5% was, therefore, evaluated under the following principal stresses’ proportions: ơ 2/ ơ 1 = ơ/-1;ơ 2/ ơ 1 = -0.2/-1; ơ 2/ơ 1 = -0.5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1. From the ultimate strength values and from the obtained strains in the carried out tests, the rupture curves were possible to be plot, and the rupture modes and patterns of the fiber reinforced concretes were possible to be analyzed. As expected, the obtained results in the tests showed that, under biaxial stress states, an increase in ultimate strengths and stiffness of concretes for all the stress relations analyzed occurred ( ơ 2/ ơ 1 = 0/-1; ơ 2/ơ 1 = -0,2/-1; ơ 2/ ơ 1 = -0,5/-1; ơ 2/ ơ 1 = -1/-1). The increase in the ultimate strength in biaxial compression, when compared with concrete under uniaxial compression, was of about 20% for plain concrete and, due to the addition of fibers, about 95% for a stress relation equals to ơ 2/ ơ 1 = -0.5/-1.

Neste trabalho foi desenvolvida uma pesquisa experimental para avaliar a influência da adição de fibras de aço na resistência ao cisalhamento e modo de ruptura de vigas de concreto armado. Os efeitos da adição de fibras na resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e tenacidade também foram analisados. O programa experimental consistiu na moldagem de 12 vigas de concreto armado sem estribos na região dos esforços cortantes. Para todas as vigas foram moldados seis corpos de prova cilíndricos e para as vigas com fibras foram moldados três corpos de prova prismáticos para realização do ensaio ASTM C1609. Foram consideradas duas classes de resistência à compressão do concreto (20 MPa e 40 MPa), duas taxas de armadura longitudinal de tração (1,32 % e 1,55 %) e três teores de fibras em volume ( 0 %; 0,64 % e 0,77 %). As vigas foram ensaiadas à flexão em quatro pontos. Os resultados experimentais encontrados indicaram que o uso de fibras de aço com ganchos nas extremidades aumenta a resistência ao cisalhamento das vigas e altera o padrão de fissuração proporcionando uma ruptura mais avisada. Os resultados de força cortante última foram comparados com os valores teóricos estimados pelo ACI 318, ABNT NBR 6118 e com cinco modelos existentes na literatura cientifica desenvolvidos para estimar a resistência ao cisalhamento de vigas com fibras de aço. Enquanto o ACI 318 e a ABNT NBR 6118 subestimaram a resistência ao cisalhamento das vigas com fibras, o modelo de Kwak et al. (2002) que considera as propriedades mecânicas do concreto e as características das fibras apresentou resultados teóricos próximos aos resultados experimentais. Este resultado demonstrou a necessidade da utilização de outros parâmetros além da resistência à tração do concreto para prever a resistência ao cisalhamento de vigas de concreto com fibras. A influência da adição de fibras na resistência à compressão foi insignificante. A magnitude do efeito da adição de fibras na resistência à tração por compressão diametral e tenacidade foi dependente da classe de resistência do concreto. / In this work, an experimental research was developed to evaluate the influence of the addition of steel fibers on the shear strength and rupture mode of reinforced concrete beams. The effects of fiber addition on compressive strength, splitting tensile strength and toughness were also analyzed. The experimental program consisted of the cast of 12 reinforced concrete beams without stirrups in the region of the shear forces. Six cylindrical specimens were molded to all beams. For the beams with fibers, three prismatic specimens were casted to the ASTM C1609 test. Two classes of compressive strength of concrete (20 MPa and 40 MPa), two longitudinal tensile reinforcement ratio (1.32 % and 1.55 %) and three fiber contents in volume (0 % , 0.64 % And 0.77 %) were utilized. The four point bending tests were performed. The experimental results showed that the use of hooked steel fibers increases the shear strength of the beams and alters the cracking pattern providing some warning about the imminence of failure. The results of peak shear load were compared with the theoretical values estimated by the ACI 318, ABNT NBR 6118 and by five models published in the scientific literature developed to estimate the shear strength of beams with steel fibers. While the ACI 318 and ABNT NBR 6118 underestimated the shear strength of the beams with fibers, the Kwak et al. (2002) model that considered the mechanical properties of the concrete and the characteristics of the fibers presented theoretical results close to the experimental results of the beams. This result demonstrated the need for the use of parameters other than the tensile strength of concrete to predict the shear strength of concrete beams with fibers. The influence of the addition of fibers on the compressive strength was insignificant. The magnitude of the effect of the steel fibers on splitting tensile strength and toughness was dependent on the strength class of the concrete. / Dissertação (Mestrado)

O concreto é um material que possui grande versatilidade de aplicação em construções e, desde a sua criação, vem sofrendo significativas modificações tanto na sua forma de produção e aplicação, quanto na sua composição. A razão para estas constantes modificações é a busca permanente do aperfeiçoamento das propriedades do concreto, ampliando ainda mais o seu espectro de utilização. Neste contexto e, visando principalmente melhorar o seu comportamento frágil perante esforços de tração, a adição de diferentes tipos de fibras surgiu como uma alternativa bastante promissora. Assim, fibras dispersas e concreto passam a formar, juntos, um material compósito, o qual, segundo verificações experimentais, pode trazer benefícios significativos às construções sob o ponto de vista estrutural. Este é o caso do concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), em cujos ensaios foram observados aumentos importantes de resistência à tração e à compressão biaxial com o incremento da quantidade de fibras adicionadas. Visando uma análise mais profunda deste material, o presente trabalho tem por objetivo o estudo de peças de CRFA através da análise numérica tridimensional via Método dos Elementos Finitos. Para tanto, foi desenvolvido um programa computacional, em linguagem FORTRAN 90/95, com o intuito de modelar o comportamento de estruturas executadas com este material. Com base em estudos anteriores, foi implementado no programa um modelo constitutivo capaz de simular o comportamento do concreto com a presença das fibras. A representação do comportamento dos materiais foi feita através de um modelo elastoplástico, sendo analisadas estruturas sob condições de carregamento estático de curta duração. Especificamente para a determinação do comportamento do concreto com fibras, utilizou-se uma variante da superfície de ruptura de Willam-Warnke que considera a presença das fibras através da alteração do seu meridiano de tração. Além disso, a fissuração do concreto foi representada pelo modelo de fissuras distribuídas, que leva em consideração a contribuição da matriz entre fissuras. Dados experimentais disponíveis na literatura são apresentados para efeito de comparação com os resultados obtidos através do programa computacional desenvolvido. Observou-se que o modelo matemático e a metodologia numérica empregados forneceram resultados bastante próximos aos experimentais, validando, desta forma, a modelagem do CRFA realizada neste estudo através de alterações nas propriedades do concreto em função da presença das fibras. / Concrete is a material of great versatility of application in constructions and, since its invention, it has been experimenting significant changes in its form of production and application as well as on its composition. The reason for these continued changes is a permanent search for improvement in concrete’s properties, to widen even more its spectrum of use. In this context, and targeting mainly the improvement of its fragile behavior under tension, the addition of different types of fibers came up as a promising alternative. In this way, disperse fibers and concrete form, together, a composite material that, according to experimental investigations, can bring significant contributions to constructions under a structural standpoint. This is the case of the steel fiber reinforced concrete (SFRC), in whose tests important tensile and biaxial compression strength increases were observed with the increment of the fiber quantity added. Aiming a deeper analysis of this material, the present work has the objective of studying SFRC elements through numerical analyses based on the Finite Element Method. For in such a way, a computational program has been developed in FORTRAN 90/95 language aiming the modeling of the behavior of structures made with this material. On the basis of previous studies, a constitutive model, capable of adequately simulate the behavior of SFRC, was implemented. The representation of the behavior of the materials was carried out through an elastoplastic model and structures under short duration loading conditions were analyzed. Specifically for the determination of the behavior of the concrete with fibers, a variant of the Willam-Warnke rupture surface has been used, which considers the fibers presence through modifications of its tension meridian. Additionally, the concrete cracking was represented in the program by the smeared cracking model, which takes into consideration the contribution of the matrix between cracks. Experimental data available in the literature are compared to the results obtained with the developed computational program. It is observed that the used mathematical model and numerical methodology give results that are quite close to the available experimental data, validating, in this way, the SFRC modeling implemented.

Concreto projetado é aquele pneumaticamente transportado e projetado a alta velocidade, sobre uma superficie, sendo auto-compactado. Assim, denota-se que suas propriedades são dependentes do processo de projeção utilizado. Desta forma, para se estudar o material, é importante ter-se o conhecimento do seu processo de produção (se por via seca ou úmida, equipamentos e mão-de-obra utilizados, etc.) e das propriedades especificas do concreto projetado (como a reflexão, o desplacamento e a liberação de poeira ou névoa) e as respectivas formas de controle. Foi executado o estudo experimental do concreto projetado via seca, onde foi possivel caracterizar algumas diferenças de comportamento em relação ao concreto convencional. Entre elas está o fato de que a maior compactação e resistência mecânica é obtida com o teor ótimo da mistura e não com a menor relação água/cimento. Constatou-se o fato da projeção do concreto no teto fornecer um material de melhor qualidade que aquele projetado na parede. Finalmente, para a obtenção de um material boa qualidade, é fundamental o controle rigoroso do teor de aditivo acelerador, a utilização de bicos afunilados, pressão de ar comprimido adequada, pré-umidificação com injeção de água sob pressão e seguir as recomendações para o controle da qualidade do processo de projeção como um todo. / Shotcrete is concrete pneumatically conveyed and projected at high speed onto a surface, compacting itself. Thus its properties depend on the shooting process. It is important to know the shooting process (wet ou dry-mix process, equipaments and working crew, etc.), the specific properties of shotcrete (rebound, sloughing and dust generation) and respective mean of controlo An experimental study was made using dry-mix shotcrete, where it was possible to point out some differences of the plain concrete analysis. One of these is the high compaction and stregth achieved with the optimum waterIdry materiaIs ratio and not the minimum water/cement ratio. Shotcrete, gunned in overhead, generates a better material compared to the vertical walls. Finally, to obtain a good quality material, it\'s very important to make a rigorous control of the accelerator admixture contento AIso, it is recommended to use a funnelshaped nozzle, adequate compressed air pressure, hidromix with high water pressure and to follow the recommendations on alI shotcreting process quality control.

O concreto é um material que possui grande versatilidade de aplicação em construções e, desde a sua criação, vem sofrendo significativas modificações tanto na sua forma de produção e aplicação, quanto na sua composição. A razão para estas constantes modificações é a busca permanente do aperfeiçoamento das propriedades do concreto, ampliando ainda mais o seu espectro de utilização. Neste contexto e, visando principalmente melhorar o seu comportamento frágil perante esforços de tração, a adição de diferentes tipos de fibras surgiu como uma alternativa bastante promissora. Assim, fibras dispersas e concreto passam a formar, juntos, um material compósito, o qual, segundo verificações experimentais, pode trazer benefícios significativos às construções sob o ponto de vista estrutural. Este é o caso do concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), em cujos ensaios foram observados aumentos importantes de resistência à tração e à compressão biaxial com o incremento da quantidade de fibras adicionadas. Visando uma análise mais profunda deste material, o presente trabalho tem por objetivo o estudo de peças de CRFA através da análise numérica tridimensional via Método dos Elementos Finitos. Para tanto, foi desenvolvido um programa computacional, em linguagem FORTRAN 90/95, com o intuito de modelar o comportamento de estruturas executadas com este material. Com base em estudos anteriores, foi implementado no programa um modelo constitutivo capaz de simular o comportamento do concreto com a presença das fibras. A representação do comportamento dos materiais foi feita através de um modelo elastoplástico, sendo analisadas estruturas sob condições de carregamento estático de curta duração. Especificamente para a determinação do comportamento do concreto com fibras, utilizou-se uma variante da superfície de ruptura de Willam-Warnke que considera a presença das fibras através da alteração do seu meridiano de tração. Além disso, a fissuração do concreto foi representada pelo modelo de fissuras distribuídas, que leva em consideração a contribuição da matriz entre fissuras. Dados experimentais disponíveis na literatura são apresentados para efeito de comparação com os resultados obtidos através do programa computacional desenvolvido. Observou-se que o modelo matemático e a metodologia numérica empregados forneceram resultados bastante próximos aos experimentais, validando, desta forma, a modelagem do CRFA realizada neste estudo através de alterações nas propriedades do concreto em função da presença das fibras. / Concrete is a material of great versatility of application in constructions and, since its invention, it has been experimenting significant changes in its form of production and application as well as on its composition. The reason for these continued changes is a permanent search for improvement in concrete’s properties, to widen even more its spectrum of use. In this context, and targeting mainly the improvement of its fragile behavior under tension, the addition of different types of fibers came up as a promising alternative. In this way, disperse fibers and concrete form, together, a composite material that, according to experimental investigations, can bring significant contributions to constructions under a structural standpoint. This is the case of the steel fiber reinforced concrete (SFRC), in whose tests important tensile and biaxial compression strength increases were observed with the increment of the fiber quantity added. Aiming a deeper analysis of this material, the present work has the objective of studying SFRC elements through numerical analyses based on the Finite Element Method. For in such a way, a computational program has been developed in FORTRAN 90/95 language aiming the modeling of the behavior of structures made with this material. On the basis of previous studies, a constitutive model, capable of adequately simulate the behavior of SFRC, was implemented. The representation of the behavior of the materials was carried out through an elastoplastic model and structures under short duration loading conditions were analyzed. Specifically for the determination of the behavior of the concrete with fibers, a variant of the Willam-Warnke rupture surface has been used, which considers the fibers presence through modifications of its tension meridian. Additionally, the concrete cracking was represented in the program by the smeared cracking model, which takes into consideration the contribution of the matrix between cracks. Experimental data available in the literature are compared to the results obtained with the developed computational program. It is observed that the used mathematical model and numerical methodology give results that are quite close to the available experimental data, validating, in this way, the SFRC modeling implemented.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-10T11:50:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bárbara Gomes Martins - 2016.pdf: 9049119 bytes, checksum: 4e6655174bbb6b6cfda86ff2af34b902 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-10T11:50:28Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bárbara Gomes Martins - 2016.pdf: 9049119 bytes, checksum: 4e6655174bbb6b6cfda86ff2af34b902 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-10T11:50:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bárbara Gomes Martins - 2016.pdf: 9049119 bytes, checksum: 4e6655174bbb6b6cfda86ff2af34b902 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The steel fiber-reinforced concrete have been widely used in concrete pieces to improve their mechanical properties. This research is performed an exploratory experimental analysis in order to assess the contribution of steel fibers in the shear strength of the concrete. A methodology for evaluation of the direct shear strength and the direct tension of the concrete is developed, as well as to evaluate the shear stress transfer mechanism by aggregate interlock. From the tests, it evaluates the influence of steel fibers in the transfer mechanism of shear stresses through the aggregate interlock pre-cracked plans of concrete. In the experimental development was used medium strength concrete (60 MPa), with 12.5 mm coarse aggregate varying the volume of steel fibers in 0%, 0.5% and 1.5%. The results showed that the methodology developed to evaluate the resistance to direct tensile work, but there needs some modification in the molding of concrete specimens with fibers to prevent the concentration of fibers in the specimen faces, which resulted in reducing the tensile strength of concrete. As for the direct shear test with two planes, the results showed that the test methodology worked well until the maximum force, showing a reduction in the shear strength of the concrete when compared to similar tests, but with fixed supports. Finally, the results of direct shear testing on pre-cracked (push-off test) showed that the fibers contribute significantly to the effect of aggregate interlock by reducing the opening of the crack and the sliding interface for a given shear stress. / O concreto reforçado com fibras de aço tem sido bastante utilizado em peças de concreto a fim de melhorar suas propriedades mecânicas. Nesta pesquisa, é realizada uma análise experimental exploratória a fim de avaliar a contribuição das fibras de aço na resistência ao cisalhamento do concreto. É desenvolvida uma metodologia para avaliação da resistência ao cisalhamento direto e à tração direta do concreto, bem como para avaliação do mecanismo de transferência de tensões de cisalhamento por meio do intertravamento dos agregados. A partir dos ensaios, é avaliada a influência das fibras de aço no mecanismo de transferência de tensões de cisalhamento por meio do intertravamento dos agregados em planos pré-fissurados de concreto. No desenvolvimento experimental foi utilizado concreto de média resistência (60 MPa), com agregado graúdo de 12,5 mm, variando o volume de fibras de aço em 0%, 0,5% e 1,5%. Os resultados mostraram que a metodologia desenvolvida para avaliar a resistência à tração direta funcionou, porém há a necessidade de algumas modificações na moldagem dos corpos de prova do concreto com fibras para evitar a concentração de fibras nas faces do corpo de prova, o que resultou na redução da resistência à tração do concreto. Já para o ensaio de cisalhamento direto com dois planos, os resultados mostraram que a metodologia de ensaio funcionou bem até a força máxima, mostrando uma redução da resistência ao cisalhamento do concreto quando comparado a ensaios semelhantes, porém com apoios fixos. Por fim, os resultados dos ensaios de cisalhamento direto em plano pré- fissurado mostraram que as fibras contribuem significativamente no efeito do intertravamento dos agregados por meio da redução da abertura da fissura e do deslizamento da interface para uma determinada tensão de cisalhamento.

Submitted by Luanna Matias (lua_matias@yahoo.com.br) on 2015-03-24T12:37:50Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marina Craveiro Curado - 2011.pdf: 3629916 bytes, checksum: d41ed968987bcb1605d4561dc26afc0b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Matias (lua_matias@yahoo.com.br) on 2015-03-24T12:58:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marina Craveiro Curado - 2011.pdf: 3629916 bytes, checksum: d41ed968987bcb1605d4561dc26afc0b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-24T12:58:58Z (GMT). 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In order to do so, an experimental program was developed to evaluate the influence of some variables in the anchorage strength and connections formed by bent bars into loop shape. In both cases, the bending diameter of the loop and the grade of steel fibers added to the concrete were adopted as variables. Different development lengths regarding the pullout experimental data were also considered in order to assess anchorage strength. The influence over connection strength of the transversal reinforcement presence to the loop level was also analyzed. The outcomes of experimental data showed that the adopted bending diameter to the loop have influenced neither anchorage strength nor connections. Anchorage strength is related to the development length of the reinforcement within the concrete. Once 2% of steel fibers were added to the concrete, there was yielding of the reinforcement into a development length of only 50 mm. Regarding the connections, the presence of transversal reinforcement ensured a gradual loss of force within the post-peak section. Such reinforcement only influenced the connection strength when it was used together with 1% steel fibers. The fibers provided additions to the anchorage strengths and to the connections allowing the length reduction of anchorage loops. The strut and tie model was employed within the development of one expression to the calculation of the studied connection strength. Overall, the proposed equation tended to underestimate the values of maximum force. / As ancoragens curvas podem ser utilizadas quando se deseja reduzir o comprimento necessário para transferência de tensões entre as barras da armadura e o concreto. Neste caso, a transferência de tensões é realizada não apenas por meio da aderência entre os dois materiais, mas também por compressão radial no concreto. A adição de fibras de aço ao concreto além de melhorar as propriedades de aderência entre a armadura e o concreto, aumenta a resistência à tração do material, contribuindo para evitar o fendilhamento no plano do laço. Este trabalho tem como objetivo estudar uma ligação resistente à força normal de tração constituída pelo traspasse de barras dobradas em forma de laço. Para tanto, foi desenvolvido um programa experimental que buscou avaliar a influência de algumas variáveis sobre a resistência de ancoragem e de ligações formadas por barras dobradas em forma de laço. Nos dois casos, foram adotados como variáveis o diâmetro de dobramento do laço e o teor de fibras de aço adicionadas ao concreto. No caso dos ensaios de arrancamento, para avaliação da resistência da ancoragem, foram também considerados diferentes comprimentos de ancoragem. Investigou-se, ainda, a influência sobre a resistência da ligação da presença de armadura transversal ao plano do laço. Os resultados dos ensaios indicaram que o diâmetro de dobramento adotado para o laço não influenciou a resistência da ancoragem nem das ligações. A resistência de ancoragem está basicamente relacionada ao comprimento de embutimento da armadura no concreto. Com a adição de 2% de fibras de aço ao concreto houve o escoamento da armadura para um comprimento de ancoragem de apenas 50 mm. No caso das ligações, a presença da armadura transversal garantiu perda gradual da força no trecho pós-pico. Essa armadura influenciou a resistência da ligação apenas quando utilizada em conjunto com as fibras de aço no teor de 1%. As fibras proporcionaram acréscimos na resistência das ancoragens e das ligações, além de terem permitido a redução do comprimento de ancoragem dos laços. O Modelo de Bielas e Tirantes foi empregado no desenvolvimento de uma expressão para o cálculo da resistência da ligação estudada. De modo geral, a equação proposta tendeu a subestimar os valores de força máxima.