The CSA S850 Blast standard provides guidelines that can be used to enhance the blast performance of reinforced concrete structures. In the case of beams, the standard requires the use of top continuity (compression) bars and well-detailed transverse steel to ensure strength and ductility under blast loads. However, the requirements in the CSA S850 standard are intended for normal-strength concrete structures. Given the increased use of high-strength concrete (HSC) in practice, there is a need to explore the effects of modern blast designs on the behavior of HSC structures subjected to blast loads. Accordingly, this project examines the effect of modern reinforcement detailing on the static, dynamic and post-blast performance of high-strength concrete beams. The study further examines the ability to use fibers to relax such detailing and simplify construction. A total of seventeen beams are tested. Static testing is conducted under four-point bending, with blast testing conducted using the University of Ottawa shock-tube. The post-blast behavior of the beams is assessed by conducting residual static tests on the blast-damaged specimens. The parameters investigated include the effects of: blast detailing vs. nominal detailing, steel fibers, the effect of longitudinal steel ratio (in compression and tension) and tie spacing. The results show that under static loads, the use of blast detailing significantly improves the flexural behavior of the beams in terms of ductility. Likewise, the provision of continuity (compression) bars and closely spaced ties is found to improve blast performance by better controlling displacements, increasing blast resistance, limiting damages and allowing for important post-blast residual capacity. The use of steel fibers and relaxed detailing (increased tie spacing) is found to increase resistance and improve cracking behavior under static loads, with an ability to match the blast performance of more heavily-detailed HSC specimens. The use of fibers also allowed for substantial post-blast capacity. Finally, the steel ratio (in tension, in compression and in the transverse direction) was found to affect the blast behavior of the HSC beams. In addition to the experiments, the analytical study predicts the static and blast response of the tested beams using sectional analysis and non-linear SDOF modeling. Results show that the analysis methodology was able to predict the static and blast responses of the blast-detailed and fiber-reinforced HSC beams with reasonable accuracy.

[pt] Esta pesquisa apresenta um estudo experimental do comportamento de corpos de prova de concreto armado com fibras metálicas comprimidos diametralmente e os submetidos à tração direta. Foram analisados 72 corpos de prova no LEM-DEC da PUC-Rio, sendo 54 cilíndricos variando-se o diâmetro e o consumo de fibras para o ensaio de compressão diametral e 18 variando-se o consumo de fibras para o ensaio de tração direta. Os 54 corpos de prova foram divididos em três grupos de acordo com a resistência à compressão (20, 30 e 50 MPa), cada grupo com 18 corpos de prova com consumo de fibras (20 kg/metro cúbico, 40 kg/metro cúbico e 60 kg/metro cúbico) e diâmetros distintos (5 cm, 10 cm e 15 cm). Foram avaliados a resistência de tração, energia de deformação e efeito escala. Os resultados obtidos permitem analisar a influência do consumo de fibras e do diâmetro do corpo de prova. A resistência à tração varia linearmente com o consumo e o diâmetro do corpo de prova, verificando-se que a resistência do corpo de prova com diâmetro de 15 cm é 42 por cento menor que o de 5 cm. A energia de deformação não apresentou acréscimo significativo com o aumento do consumo de fibras de 40 kg/metro cúbico para 60 kg/metro cúbico. A análise do efeito escala mostra um decréscimo da resistência à tração com incremento da dimensão do corpo de prova, e os resultados se assemelham aos estudos realizados por Carpinteri (1995), mesmo com consumos de fibras distintos. Os 18 corpos de prova submetidos à tração direta têm a mesma dimensão, diferindo em resistência (20, 30 e 50 MPa) e consumo (20 kg/metro cúbico, 40 kg/metro cúbico e 60 kg/metro cúbico). Nesses foi avaliada a energia de deformação plástica e elástica. A região plástica não fica delineada para o consumo de 20 kg/metro cúbico apresentando um comportamento similar ao concreto convencional. / [en] This research presents an experimental study on the behavior of reinforced concrete specimens with steel fibers submitted to the splitting test and to direct tension. A total of 72 specimens were tested in the LEM-DEC PUC-Rio; 54 specimens with three different diameters and fiber consume for the diametral compression test and 18 with variations of fiber volume fraction for the direct tension test. The 54 specimens were divided into three groups according to their compressive strength (20, 30 and 50 MPa), each group having 18 specimens with variations of fiber volume fraction (20 kg / cubic meter, 40 kg / cubic meter and 60 kg / cubic meter and diameter (5 cm, 10 cm and 15 cm). The purpose was to investigate the tensile stress, the fracture energy and the size effect. The results allowed the analysis of the influence of the fibers and specimen diameter on each variable before mentioned. The tensile stress varies linearly with fiber volume fraction and diameter, and the resistance of the specimens with 15 cm in diameter is 42 per cent less than the resistance of the 5 cm specimen. The fracture energy was not increased significantly with the increase of fiber content from 40 kg fibers / cubic meter to 60 kg / cubic meter. The size effect analysis shows that tensile strength decreases as the diameter increases. These results are similar to those of studies conducted by Carpinteri (1995), even with different values of fiber consume. The 18 specimens submitted to direct tension had the same diameter, varying in resistance (20, 30 and 50 MPa) and fiber volume fraction (20 kg / cubic meter, 40 kg / cubic meter and 60 kg /cubic meter). Here the plastic and elastic deformations were evaluated. The plastic region is not clearly defined for the fiber fraction of 20 kg / cubic meter presenting a behavior similar to the conventional concrete.

[pt] As barras pultrudadas de polímeros reforçados com fibras, em especial, as fibras de vidro (GFRP), vem ganhando espaço como reforço de elementos estruturais, principalmente devido a características únicas de compósitos de FRP como, elevada resistência mecânica, baixo peso específico e natureza não corrosiva. Entretanto, diferente das armaduras de aço, em geral, as barras de FRP se comportam com propriedades elásticas anisotrópicas, não homogêneas e lineares, o que pode resultar em um mecanismo de transferência de forças diferente, entre a armadura e o concreto. Estas propriedades aliadas ao seu baixo módulo de elasticidade podem levar a um cenário de elementos estruturais com maiores aberturas de fissuras e maiores deslocamentos quando comparado a elementos armados por barras de aço. Sob esta perspectiva, este trabalho pretende avaliar a partir de um programa experimental, o comportamento estrutural de elementos de concreto reforçado com barras pultrudadas de GFRP e com adição fibras de aço. Seis vigas hiperestáticas foram submetidas a flexão, avaliando-se a influência da adição de fibras de aço em teores de 40 e 80 kg/m3 com taxas de armaduras variando entre 181 por cento e 368 por cento da taxa balanceada. Ensaios estruturais foram realizados para investigar o padrão de formação de fissuras, as deflexões, a transferência de esforços e a variação do modo de falha dos elementos. O concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) foi caracterizado por meio de ensaio de flexão de três pontos, segundo a NBR 16940, para obtenção das tensões residuais utilizadas no dimensionamento dos elementos. Os CRFA apresentaram comportamento deflection softening e deflection hardening, além do acréscimo de tensões pós-fissuração com o aumento do teor de fibras. Os ensaios estruturais realizados em vigas hiperestáticas apresentaram ganhos de até 42 por cento na carga resistida pelas vigas com concreto reforçado com fibras de aço, além de menores deflexões e menores aberturas de fissura. Contudo, os estribos de GFRP, mesmo combinados com a adição de fibras de aço, se mostraram insuficientes para combater a influência da força cortante, levando as vigas à falha por cisalhamento. / [en] Pultruded bars made of fiber-reinforced polymers, especially glass fibers (GFRP), have been gaining ground as a reinforcement of structural elements, mainly due to the unique characteristics of FRP composites, such as high mechanical strength, low specific weight, and non-corrosive nature. However, unlike steel reinforcement, in general, FRP bars behave with anisotropic, non-homogeneous and linear elastic properties, which can result in a different force transfer mechanism between the reinforcement and the concrete. These properties allied to its low young modulus can lead to a scenario of structural elements with greater crack openings and greater displacements when compared to steel bars reinforced elements. From this perspective, this work intends to evaluate, from an experimental program, the structural behavior of concrete elements reinforced with pultruded GFRP bars and with addition of steel fibers. Six statically indeterminate beams were subjected to bending and the influence of the addition of steel fibers in ratios of 40 and 80 kg/m3 with reinforcement rate varying between 181 per cent and 368 per cent regarding the balanced rate was evaluated. Structural tests were carried out to investigate the crack formation pattern, deflections, stress transfer and the variation in the failure mode of the elements. The steel fiber reinforced concrete (SFRC) was characterized by means of a three-point bending test, according to NBR16940, to obtain the residual strength used in the design of the elements. The SFRC showed both deflection softening and deflection hardening behavior, in addition to the post-cracking strength improvement with the increase of the fiber content. The structural tests carried out on statically indeterminate beams showed an increase of up to 42 per cent in the load bearing capacity of beams with steel fiber reinforced concrete, in addition to lower deflections and reduced crack width. However, the GFRP stirrups, even combined with the addition of steel fibers to concrete, proved to be insufficient to withstand the influence of the shear force, leading the beams to shear failure.

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.

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.

A finite element model with discrete and explicit representation of steel fibers is applied for modeling the post-cracking behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) in order to contribute on the design of beams with combined reinforcement of steel fibers and rebars (RC-SFRC beams). In this numerical approach, concrete and fibers are initially discretized in finite elements in an independent way, avoiding high computational costs due to conforming meshes. Then, coupling finite elements are introduced to describe the concrete-fiber interaction. The steel fibers are discretized using truss finite elements and their behavior described by an elastoplastic constitutive model. The position of each fiber is defined into the specimen by an uniform isotropic random distribution using as reference the concrete finite element mesh. Concrete and concrete-fiber interface are represented using three and fournoded triangular finite elements, respectively, and their behavior represented by appropriate continuum damage models integrated using an implicit-explicit scheme to enhance the robustness and to reduce the expense of computation. Firstly, the numerical tool is applied in the simulation of three-point bending tests according to EN 14651 to verify its ability to obtain the performance parameters of SFRC and for calibrating the material parameters that describe the concrete-fiber interface. Secondly, both numerical and experimental performance parameters of SFRC are used on the design of RC-SFRC beams according to fib Model Code 2010 to study their influence on the amount of bending and shear reinforcements required. Thirdly, the RC-SFRC beams designed are numerically simulated and the results are compared to the designed ones in terms of crack width, mean crack spacing, deflection and ultimate and service loads. Finally, the numerical results of small scale beams are compared to the experimental and the fib Model Code 2010 predictions to study the capability of the numerical tool to simulate the behavior of structural members. The results demonstrated that computational simulations with an appropriated approach to represent the composite may be an important tool to contribute to better understanding its behavior, extrapolating the conditions considered in laboratory and contributing on the design of SFRC structural members. / Um modelo em elementos finitos com representação discreta e explícita de fibras de aço é utilizado para modelar o comportamento pós-fissuração do Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) com objetivo de contribuir para o dimensionamento de vigas com reforço combinado de fibras e armadura convencional (vigas de CACRFA). Na abordagem numérica utilizada para modelagem de CRFA o concreto e as fibras são inicialmente discretizados em elementos finitos de forma independente, evitando altos custos computacionais devido às malhas conformes. Então, elementos finitos de acoplamento são introduzidos para descrever a interação concreto-fibra. As fibras de aço são discretizadas utilizando elementos finitos de treliça e seu comportamento é descrito por um modelo constitutivo elastoplástico Um algoritmo para distribuição isotrópica randômica é utilizado para gerar e distribuir fibras de aço com base na malha de elementos finitos do concreto. O concreto e a interface concreto-fibra são representados utilizando elementos finitos triangulares de três e quatro nós, respectivamente, e seus comportamentos representados por uma modelos apropriados de dano contínuo integrados utilizando um esquema implícito-explícito com objetivo de aumentar a robustez a reduzir o custo computacional. Primeiramente, a ferramenta numérica é aplicada na simulação de ensaios de flexão de três pontos de acordo com EN 14651 para verificar sua capacidade de obter os parâmetros de desempenho do CRFA e para calibrar os parâmetros do material que descrevem a interface concreto-fibra. Em segundo lugar, os parâmetros de desempenho numéricos e experimentais do CRFA são usados no vigas de CA-CRFA de acordo com o fib Model Code 2010, a fim de estudar sua influência na quantidade de armadura de flexão e cisalhamento necessárias. Em terceiro lugar, as vigas de CA-CRFA são numericamente simuladas e os resultados são comparados com os dimensionados em termos de largura de fissura, espaçamento médio entre fissuras, flecha e cargas últimas e de serviço. Finalmente, os resultados numéricos de vigas de pequena escala são comparados com aqueles obtidos experimentalmente e pelo fib Model Code 2010 para estudar a capacidade da ferramenta numérica em simular o comportamento de elementos estruturais. Os resultados demonstraram que a utilização de simulações computacionais com uma abordagem apropriada para representar o compósito podem ser uma importante ferramenta para contribuir para um melhor entendimento do seu comportamento, extrapolando as condições consideradas em laboratório e contribuindo para o dimensionamento de elementos estruturais de CRFA.

Neste trabalho analisa-se a resistência à punção e a ductilidade das ligações laje-pilar em doze modelos de lajes-cogumelo de concreto armado, nas quais se efetuam combinações de emprego de concreto de alta resistência, diferentes volumes de fibras de aço e uso de armadura transversal na forma de conectores de aço tipo pino. Todas as lajes são quadradas com 1160 mm de lado e 100 mm de espessura. A armadura de flexão foi composta de barras de aço de 10 mm espaçadas de tal forma a resistir a um momento fletor único em ambas direções. Os conectores, quando utilizados, foram dispostos radialmente e compostos de barras de aço de 6.6 mm soldadas a segmentos de ferro chato nas duas extremidades. Para avaliar a capacidade resistente dos modelos de ligação laje-pilar e observar o ganho de ductilidade que as fibras proporcionam, foram ensaiados segmentos-de-laje, os quais representam uma faixa destes modelos de ligação laje-pilar. Foi utilizado um sistema de ensaio dotado de atuador hidráulico servo-controlado, programado para ensaio com deformação controlada e aquisição contínua dos dados, o que permitiu a avaliação do comportamento pós-pico de resistência e a realização de medições de resistência residual. Várias hipóteses de cálculo foram utilizadas para avaliar a resistência última das ligações laje-pilar. Empregou-se um critério de classificação para caracterizar o tipo de ruptura em: punção ou flexão predominante ou uma combinação de punção-flexão. Constatou-se que o emprego de concreto de alta resistência, juntamente com armadura transversal, aumenta substancialmente a resistência da ligação laje-pilar, e quando combinado com fibras de aço, consegue-se um considerável aumento da ductilidade. / This work analyses the punching shear resistance and ductility of slab-column connections on twelve concrete flat slab models. The model characteristics resulted from combinations of the application of high or ordinary strength concrete, different steel fiber volume fractions and use or not of shear reinforcement. All the slabs are square with 1,160 mm of side and 100 mm of thickness. The main flexural reinforcement was composed of 10 mm steel bars spaced in such a way to resist to the same bending moment in both directions. When used, the shear reinforcement of steel studs were disposed in radial directions and consisted of 6.6 mm steel bars welded to flat steel segments in their ends. To evaluate the resistant capacity of slab-column connection models and to observe the ductility that the fibers provide, they were rehearsed segments-of-slab, which represents a strip of these slab-column connection models. A testing system with a servo-controlled hydraulic jack was used and it was programmed for a controlled deformation test and continuous data acquisition. This method allowed the evaluation of the post-peak strength behavior and the measurement of residual resistance forces. Several calculations hypotheses were used to evaluate the ultimate strength of the slab-column connections. A classification criterium was applied to characterize the failure type as: predominant punching or flexure or a combination of punching-flexure. It was verified that the application of high strength concrete, together with shear reinforcement, increases substantially the slab-column connection strength, and, when combined with steel fibers, a considerable ductility increase is achieved.

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.

O emprego e o funcionamento do concreto armado como material estrutural só é possível devido à aderência entre o aço e o concreto. A aderência atua como um mecanismo de transferência de forças, além de garantir a compatibilidade de deformações entre a armadura e o concreto circundante. Inúmeros fatores influenciam no seu comportamento, desde as variáveis relacionadas aos componentes fundamentais do material: como o diâmetro da barra de aço e a resistência à compressão do concreto, até as variáveis que não são essenciais para a sua mobilização como é o caso das fibras metálicas. Sendo assim, buscou-se com o presente trabalho estudar o comportamento da aderência entre barras de aço e concretos de resistência convencional e de alta resistência com adição de fibras metálicas. Para tanto foram pesquisados alguns dos modelos teóricos que se dispõem a representar o comportamento da aderência, como os prescritos pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NBR 6118:2003 e o seu projeto de revisão, pela International Federation for Structural Concrete (fib) Bulletin 65: Model Code 2010, pelo American Concrete Institute ACI 318:2014 e os modelos propostos por alguns autores encontrados na bibliografia específica, com posterior comparação dos seus resultados com os resultados obtidos experimentalmente mediante ensaios de arrancamento baseado no procedimento padrão proposto pela RILEM-FIP-CEB (1973). Foram empregadas no estudo experimental, barras de aço com diâmetros de 10 mm e 16 mm em corpos-de-prova moldados com concretos de resistências à compressão de 30 MPa, 60 MPa e 90 MPa. As fibras metálicas utilizadas possuíam comprimentos de 13 mm e 25 mm nos teores volumétricos de 0, 1% e 1,5%, além da hibridização para um volume de 1%. Os resultados experimentais demonstraram que para os teores utilizados, as fibras metálicas não influenciaram significativamente os parâmetros quantitativos da aderência como a tensão última de aderência e o seu respectivo deslizamento, porém foram decisivas para o tipo e a forma da ruptura predominantemente dos concretos de alta resistência. Da analise comparativa entre os resultados experimentais e teóricos verificou-se que os modelos do CEP-FIB (2010) e de Huang et al. (1996), com destaque para este último, foram os modelos que melhor representaram o comportamento da curva tensão de aderência versus deslizamento. Em relação à resistência de aderência de cálculo o ACI 318:2014 foi o código que apresentou os resultados mais conservadores e o código brasileiro, mesmo em seu projeto de revisão, foi o que apresentou resultados com menores diferenças em relação aos valores experimentais. / The use and operation of reinforced concrete as a structural material is only possible due to the bond between reinforcement and concrete. The adherence acts as a mechanism to transfer forces and ensures the compatibility of deformations between the reinforcement and the surrounding concrete. Several factors influence its behavior, since the variables related to the fundamental components of the material: as the diameter of the reinforcement and the compressive strength of the concrete, as the variables that are not essential for its mobilization as the steel fibers. Thus, it sought with this present work to study the behavior of bond between steel reinforcement and conventional strength concrete and high strength concrete with addition of steel fibers. For that, some of the analytical models that seek to represent the behavior of bond were researched as prescribed by the Brazilian Association of Technical Standards (ABNT) NBR 6118:2003 and its project review, by the International Federation for Structural Concrete (fib) Bulletin 65: Model Code 2010, by the American Concrete Institute ACI 318:2014 and models proposed by some authors found in the research literature, with subsequent comparison of its results with those obtained experimentally by pullout tests based on the standard test proposed by RILEM-CEB-FIP (1973). Steel reinforcements with diameters from 10 mm to 16 mm in specimens molded with concretes with compressive strength of 30 MPa, 60 MPa and 90 MPa were used. The steel fibers used had lengths of 13 mm and 25 mm in volumetric rates of 0,1% and 1,5%, in addition to hybridization to a volume of 1%. The experimental results showed that for the rates used, the steel fibers had no significant influence on quantitative parameters of the adherence as the bond strength and its respective slip, but they are decisive for the type and mode of failure of high-strength concrete. The comparative analysis between experimental and theoretical results showed that the models of CEP-FIB (2010) and Huang et al. (1996), especially the latter, were the models that best represented the behavior of the bond stress-slip relationship. Regarding to the design bond strength, the ACI 318:2014 was the model code that presented the most conservative results and the Brazilian code, even in its draft version, presented the results with minor differences from the experimental values.

A finite element model with discrete and explicit representation of steel fibers is applied for modeling the post-cracking behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) in order to contribute on the design of beams with combined reinforcement of steel fibers and rebars (RC-SFRC beams). In this numerical approach, concrete and fibers are initially discretized in finite elements in an independent way, avoiding high computational costs due to conforming meshes. Then, coupling finite elements are introduced to describe the concrete-fiber interaction. The steel fibers are discretized using truss finite elements and their behavior described by an elastoplastic constitutive model. The position of each fiber is defined into the specimen by an uniform isotropic random distribution using as reference the concrete finite element mesh. Concrete and concrete-fiber interface are represented using three and fournoded triangular finite elements, respectively, and their behavior represented by appropriate continuum damage models integrated using an implicit-explicit scheme to enhance the robustness and to reduce the expense of computation. Firstly, the numerical tool is applied in the simulation of three-point bending tests according to EN 14651 to verify its ability to obtain the performance parameters of SFRC and for calibrating the material parameters that describe the concrete-fiber interface. Secondly, both numerical and experimental performance parameters of SFRC are used on the design of RC-SFRC beams according to fib Model Code 2010 to study their influence on the amount of bending and shear reinforcements required. Thirdly, the RC-SFRC beams designed are numerically simulated and the results are compared to the designed ones in terms of crack width, mean crack spacing, deflection and ultimate and service loads. Finally, the numerical results of small scale beams are compared to the experimental and the fib Model Code 2010 predictions to study the capability of the numerical tool to simulate the behavior of structural members. The results demonstrated that computational simulations with an appropriated approach to represent the composite may be an important tool to contribute to better understanding its behavior, extrapolating the conditions considered in laboratory and contributing on the design of SFRC structural members. / Um modelo em elementos finitos com representação discreta e explícita de fibras de aço é utilizado para modelar o comportamento pós-fissuração do Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) com objetivo de contribuir para o dimensionamento de vigas com reforço combinado de fibras e armadura convencional (vigas de CACRFA). Na abordagem numérica utilizada para modelagem de CRFA o concreto e as fibras são inicialmente discretizados em elementos finitos de forma independente, evitando altos custos computacionais devido às malhas conformes. Então, elementos finitos de acoplamento são introduzidos para descrever a interação concreto-fibra. As fibras de aço são discretizadas utilizando elementos finitos de treliça e seu comportamento é descrito por um modelo constitutivo elastoplástico Um algoritmo para distribuição isotrópica randômica é utilizado para gerar e distribuir fibras de aço com base na malha de elementos finitos do concreto. O concreto e a interface concreto-fibra são representados utilizando elementos finitos triangulares de três e quatro nós, respectivamente, e seus comportamentos representados por uma modelos apropriados de dano contínuo integrados utilizando um esquema implícito-explícito com objetivo de aumentar a robustez a reduzir o custo computacional. Primeiramente, a ferramenta numérica é aplicada na simulação de ensaios de flexão de três pontos de acordo com EN 14651 para verificar sua capacidade de obter os parâmetros de desempenho do CRFA e para calibrar os parâmetros do material que descrevem a interface concreto-fibra. Em segundo lugar, os parâmetros de desempenho numéricos e experimentais do CRFA são usados no vigas de CA-CRFA de acordo com o fib Model Code 2010, a fim de estudar sua influência na quantidade de armadura de flexão e cisalhamento necessárias. Em terceiro lugar, as vigas de CA-CRFA são numericamente simuladas e os resultados são comparados com os dimensionados em termos de largura de fissura, espaçamento médio entre fissuras, flecha e cargas últimas e de serviço. Finalmente, os resultados numéricos de vigas de pequena escala são comparados com aqueles obtidos experimentalmente e pelo fib Model Code 2010 para estudar a capacidade da ferramenta numérica em simular o comportamento de elementos estruturais. Os resultados demonstraram que a utilização de simulações computacionais com uma abordagem apropriada para representar o compósito podem ser uma importante ferramenta para contribuir para um melhor entendimento do seu comportamento, extrapolando as condições consideradas em laboratório e contribuindo para o dimensionamento de elementos estruturais de CRFA.