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.

El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal demostrar que, mediante la incorporación de la fibra de acero Dramix 4D, es posible mejorar el comportamiento mecánico del paquete estructural del pavimento rígido en la Av. Los Héroes, en el tramo entre la Av. Miguel Iglesias y la Av. 26 de noviembre. Este sector presenta un alto tránsito de vehículos, al ser una importante zona comercial y también una arteria principal de la ciudad capital. Esta vía, en la actualidad, presenta una carpeta asfáltica en pésimas condiciones y que, al ser analizado por el método del PCI obtuvo una categoría de “Fallado”, considerándose la reconstrucción del mismo. Para ello se realizó el diseño de dos pavimentos rígidos y sus respectivas mezclas de concreto. El primero, mediante la metodología AASHTO (1993) y el segundo a través del software Dramix Pro, que permitió la incorporación de la fibra de acero Dramix 4D. Se evaluó el comportamiento mecánico del concreto de ambos diseños con ensayos de compresión y flexión en vigas normalizadas, obteniendo resultados favorables con mejoras significativas de 12% y 13% tanto ambas características respectivamente. Por último, se evidenció que la utilización de este tipo de refuerzo en el proyecto beneficiaría al proyecto generando un impacto positivo en el costo del proyecto de 0.3%, además de mejorar la operatividad durante la ejecución y en la calidad del producto final del proyecto. / The main objective of this research work is to demonstrate that, through the incorporation of Dramix 4D steel fiber, it is possible to improve the mechanical behavior of the structural package of the rigid pavement in Los Héroes Avenue, in the stretch between Miguel Iglesias Avenue and November 26th Avenue. This sector presents a high traffic of vehicles, being an important commercial area and also a main artery of the capital city. This road, at the present time, presents an asphalt folder in very bad conditions and that, when being analyzed by the method of the PCI obtained a category of "Failed", being considered the reconstruction of the same one. For this purpose, two rigid pavements and their respective concrete mixtures were designed. The first one, through the AASHTO methodology (1993) and the second one through the Dramix Pro software, which allowed the incorporation of the Dramix 4D steel fiber. The mechanical behavior of the concrete of both designs was evaluated with compression and bending tests in standardized beams, obtaining favorable results with significant improvements of 12% and 13% both characteristics respectively. Finally, it was evidenced that the use of this type of reinforcement in the project would slightly benefit the project generating a positive impact in the cost of the project of 0.3%, besides improving the operativity during the execution and in the quality of the final product of the project. / Tesis

Los diversos tipos de pavimentos de concreto están expuesto a esfuerzos de flexión y tracción. Debido a que el concreto simple presenta una baja resistencia a este tipo de esfuerzos, ocasionando fallas durante su vida útil, es pertinente analizar nuevos compuestos en la mezcla del concreto. La fibra de acero adicionada al concreto es un material que mejora la resistencia a compresión, flexión y tracción; ya que, crea puentes de adherencia que evitan la propagación de grietas. Los métodos utilizados para evaluar las variables relacionadas a los pavimentos rígidos se basaron en las normas técnicas peruanas y diversas organizaciones de los Estados Unidos. El enfoque de estudio fue analizar la influencia de la fibra de acero como material de refuerzo del concreto para reducir el espesor de pavimentos rígidos de mediano tránsito. Se calculó que la fibra metálica utilizada incrementa la resistencia a la compresión luego de los veintiocho días de fraguado. Del mismo modo la fibra metálica utilizada incrementa el módulo de rotura. Estos resultados reducen el espesor del pavimento en casi su tercera parte. Las implicaciones se basan brindar una referencia para el proceso de diseño de pavimento rígido utilizando los materiales evaluados. / Different kinds of concrete pavements are exposed to flexural and traction stresses. It is pertinent to analyze new types of components for the concrete mixture due to its low capacity of resistance to the mentioned stresses. It has been shown that steel fiber can be added to the concrete mixture to improve the resistance to compression, flexural and traction efforts because it creates adhesion bridges, avoiding crack propagation. The methods used to evaluate the variables related to rigid pavements where based on diverse parameters of United States of America and Peru from various organizations. The focus of the study was to analyze the influence of the steel fiber reinforced concrete as a reinforcement material in rigid pavements of medium transit. It was calculated that the steel fiber applied, increases the resistance to compression after twenty-eight days of drying. Also, it has been found that the application of steel fiber increases the rupture modulus. The results show that the thickness of the rigid pavement is significantly reduced. The results propose a guideline to the process of designing a rigid pavement utilizing added materials in the concrete mixture. / Tesis

In dieser Arbeit wird das Verhalten von Normal- und Stahlfaserbeton (engl. steel fiber reinforced concrete (SFRC)) unter quasi-statischer und dynamischer Belastung untersucht. Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf den Untersuchungen unter dynamischer Belastung. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Zugabe von Stahlfasern viele der gewünschten technischen Eigenschaften des erhärteten Betons, wie Bruchzähigkeit, Biegefestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit sowie Rissbildung, erheblich verbessern kann. In diesem Zusammenhang weisen viele experimentelle und numerische Studien darauf hin, dass die Festigkeit solcher Verbundwerkstoffe ratenabhängig ist, d.h. sie wird durch die Erhöhung der dynamischen Belastung stark beeinflusst. Dieser Effekt gilt sowohl für die Verbundwerkstoffkomponenten Beton und Stahlfasern als auch für die Verbundwechselwirkung zwischen ihnen. Das Phänomen ist allgemein als Dehnraten-Effekt bekannt. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden numerische Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss der Zugabe von Stahlfasern in die Betonmatrix systematisch zu analysieren und die Abhängigkeit dieses Materials von der Belastungsrate zu untersuchen. Es wurden drei numerische Studien durchgeführt. In der ersten Studie wurde das Verbundverhalten zwischen Stahlfaser und der angrenzenden Betonmatrix mit verschiedenen Ansätzen mit der Finite-Elemente-Software LS-DYNA untersucht. Die Ergebnisse wurden mit zur Verfügung stehenden experimentellen Daten verglichen. In der zweiten Studie wurde das Verhalten von unverstärktem und stahlfaserverstärkten Betonplatten unter Impakt-Belastung untersucht. Die Modelle wurden entwickelt und kalibriert. Die Qualität und Zuverlässigkeit der Modelle wurden in einer Reihe von numerischen Fallstudien bewertet. Die berechneten Ergebnisse wurden durch Vergleich mit den zur Verfügung stehenden experimentellen Daten verifiziert. Das dynamische Verhalten von unverstärktem Beton und faserverstärktem Beton wurde in der dritten Studie untersucht, wobei sowohl das Druck- als auch das Zugverhalten untersucht wurden. Diese Untersuchungen zielten darauf ab, den Beitrag der Stahlfasern zur globalen Festigkeit bzw. zum Widerstandsverhalten von unverstärktem und faserverstärktem Material unter dynamischer Belastung zu untersuchen, wobei dem Einfluss der Stahlfasern auf die Rissentwicklung des faserverstärkten Betons wenig Beachtung geschenkt wurde. Darüber hinaus sind der Beitrag des Materialeffekts und seine Fähigkeit, das dynamische Verhalten von glattem und faserverstärktem Beton zu erfassen, von Interesse. Der Schwerpunkt liegt hier auf dem vorgeschlagenen Materialmodell für den Beton. Es wird gezeigt, dass das vorgeschlagene Betonmodell das druck- und zugdynamische Verhalten des unverstärkten und des faserverstärkten Betons gut abbilden und die experimentellen Ergebnisse realistisch vorhersagen kann. Schließlich folgten numerische Fallstudien zur Abhängigkeit der Ergebnisse von der Netzgröße, dem Fasergehalt, dem Verhältnis von Faserlänge zu -durchmesser, der Betonfestigkeit und der Belastungsrate. Die Parameter mit dem größten Einfluss wurden identifiziert und analysiert, und eine Schlussfolgerung wurde gezogen. Es wurde gezeigt, dass die zuvor genannten Parameter aktiv am Gesamtverhalten der Materialien beteiligt sind und eine wesentliche Rolle dabei spielen können.

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Betone für schlanke Schalentragwerke weisen zur Sicherstellung ausreichender Zugfestigkeiten oft einen hohen Stahlfasergehalt auf. Dies ist mit hohen ökologischen und monetären Kosten verbunden. Das Ziel war es daher, die Voraussetzungen für die Herstellung effizienter Schalentragwerke aus funktional fasergradierten Betonfertigteilen zu schaffen. / Concrete for slender load-bearing shell structures often has a high steel fibre content to ensure sufficient tensile strength. This is associated with high ecological and financial costs. Thus, the aim of this project was to create the prerequisites for the production of efficient shell structures made of functional fibre-graded precast concrete elements.

O reforço de elementos estruturais de concreto armado com uso de polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC) está cada vez mais conhecido, seguro e acessível. Em todo o mundo, a aplicação do PRFC vem sendo estudada sob diversas técnicas. Características como elevada resistência à tração e à corrosão, baixo peso, facilidade e rapidez de aplicação são os principais fatores para essa disseminação. Em particular, a técnica aqui estudada é conhecida como Near Surface Mounted (NSM), que consiste na inserção de laminados de PRFC em entalhes realizados no concreto de cobrimento de elementos de concreto armado. Com dupla área de aderência, ela vem a suprir uma deficiência comum no reforço colado externamente, que é o seu destacamento prematuro. Como nas demais técnicas de reforço à flexão, o material é colado na região do concreto tracionado. Sabe-se que, na prática da intervenção, essa região frequentemente encontra-se danificada por razões diversas, como fissuração causada por ações externas, corrosão da armadura e deterioração do concreto, o que exige a sua prévia reparação. Considerando que a boa qualidade desse reparo é imprescindível à eficiência do reforço, propõe-se uma inovação técnica pela reconstituição da face tracionada da viga com um compósito cimentício de alto desempenho, que sirva como substrato para aplicação do PRFC e elemento de transferência de esforços à estrutura a ser reforçada. Produzido à base de cimento Portland, fibras e microfibras de aço, o compósito tem também potencial para retardar a abertura de fissuras e aumentar a rigidez da viga, melhorando o aproveitamento do reforço. Com apoio da mecânica do fraturamento, foi possível encontrar as taxas de fibras e microfibras de aço a serem adicionadas a uma matriz cimentícia especialmente desenvolvida. Foram realizados ensaios de aderência para estudar o processo de transferência de tensões cisalhantes do laminado para o compósito na zona de ancoragem da viga. Uma vez conhecido o comportamento do sistema, foram ensaiadas vigas de concreto armado de tamanho representativo de estruturas reais, em três diferentes versões de ancoragem do laminado, sendo duas delas com uso do compósito cimentício. Comprovou-se a eficiência da inovação proposta, constatando-se o aumento da rigidez e da capacidade de carga da viga reforçada, com excelente aproveitamento do laminado. Além disso, as fibras e microfibras diminuíram a abertura das fissuras em estágios mais avançados de carregamento, sem que se observasse fissuras horizontais próxima ao reforço, que poderiam indicar destacamento iminente do laminado de PRFC. / Strengthening of reinforced concrete elements with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is increasingly well known, safe and accessible. The application of CFRP has been studied worldwide using various techniques. Features like high tensile strength, corrosion resistance, lightweightness and easy and speedy application are the main factors for dissemination. In particular, the technique here analyzed is known as Near Surface Mounted (NSM), which involves inserting CFRP strips into grooves made on the concrete cover of reinforced concrete elements. With double bonding area, this technique avoids the premature peeling-off that usually takes place in externally bonded CFRP reinforcement. As in others flexural strengthening techniques, the material is bonded in the concrete tension region. It is known in strengthening practice that this region usually requires prior repair. Often it shows up damaged by several reasons such as cracking caused by external actions, reinforcement corrosion and deterioration of the concrete. Whereas the good quality of this repair is essential to strengthening efficiency, an innovative technique is proposed. A high-performance cementitious composite is used as a transition layer for insertion of CFRP strips. The composite is made of Portland cement, steel fibers and microfibers of steel. It also has the potential to delay crack opening and to increase the beam stiffness. Based on fracture mechanics, it was possible to find suitable volume fractions of steel fibers and microfibers to be added to the cementitious matrix. Bonding tests were performed to analyze the shear stress transferring from the CFRP laminate to the beam anchorage zone. Once known the system behavior, real size reinforced concrete beams were tested in three different versions of the anchorage conditions, two of them with use of cementitious composites. The efficiency of the proposed innovation was proved by confirming increased stiffness and load capacity of the strengthened beam. In addition, fibers and microfibers allowed the decrease of the crack opening in later loading steps. No horizontal cracks near to the reinforcement were noticed, which means that CFRP laminate peeling-off was not likely to occur.

Submitted by SBI Biblioteca Digital (sbi.bibliotecadigital@puc-campinas.edu.br) on 2018-08-14T11:38:43Z No. of bitstreams: 1 Jo?o Victor Rodrigues Martins.pdf: 6347531 bytes, checksum: da963af88129f7568a2e10f7c530b612 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jo?o Victor Rodrigues Martins.pdf: 6347531 bytes, checksum: da963af88129f7568a2e10f7c530b612 (MD5) Previous issue date: 2018-06-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado de S?o Paulo (FAPESP) / The process of assembling the reinforcement and the density of the concrete in structural pieces demand time and displacement of labor. The use of reinforcement with fibers in partial replacement of the transverse reinforcement could reduce the time of manufacture and facilitate the densification of the parts. Given this scenario, this research aimed at the study of concrete reinforced with fibers and reinforced concrete beams, in order to verify their behavior. Traces of concrete reinforced with steel fibers and traces of concrete with alkali-resistant glass fibers were made. In addition, the asphaltic milling residue was used for partial replacement of the small and large aggregate in the percentage of 15%. The material characterization was performed according to ABNT standards. Tests were performed to evaluate the Compressive Strength, Indirect Traction, Elasticity Modulus, and Tenacity through the Barcelona and ASTM C-1399 Tests. The evaluation of the mechanical behavior was performed by means of four-point bending in reinforced concrete beams, aiming to show its behavior to the applicant efforts. The results show the positive effect of the fibers for concrete with residues in their composition, mainly with respect to the steel fibers. It was verified a greater performance of the fibers as the Residual Resistance of the concrete and its Tenacity. It was also apresentated the viability of the structural application of asphalt milling residue as partial replacement of natural aggregates. / O processo de montagem da armadura e do adensamento do concreto em pe?as estruturais demandam tempo e deslocamento de m?o de obra. O uso do refor?o com fibras em substitui??o parcial da armadura transversal poderia reduzir o tempo de fabrica??o e facilitar o adensamento das pe?as. Diante de tal cen?rio, esta pesquisa visou o estudo de concretos refor?ados com fibras e de vigas de concreto armado, a fim de verificar seu comportamento. Foram confeccionados tra?os de concretos refor?ados com fibras de a?o e tra?os de concretos com fibras de vidro ?lcali-resistentes. Ademais foi utilizado o res?duo de fresado asf?ltico para substitui??o parcial do agregado mi?do e gra?do na porcentagem de 15%. A caracteriza??o dos materiais foi realizada conforme as normas da ABNT. Foram realizados ensaios para an?lise da Resist?ncia a Compress?o, da Tra??o Indireta, do Modulo de Elasticidade, da Tenacidade por meio dos Ensaios Barcelona e ASTM C-1399. A avalia??o do comportamento mec?nico foi realizada por meio de flex?o em quatro pontos em vigas de concreto armado, visando mostrar o seu comportamento aos esfor?os solicitantes. Os resultados revelam o efeito positivo das fibras para concretos com res?duos em sua composi??o, principalmente no que diz respeito as fibras de a?o. Foi verificada maior atua??o das fibras quanto a Resistencia Residual do concreto e a sua Tenacidade. Demonstrou-se tamb?m a viabilidade da aplica??o estrutural do res?duo de fresado asf?ltico como substitui??o parcial de agregados naturais.

Tradicionalmente no reforço de pilares de concreto armado são empregados materiais já consagrados, como as chapas de aço, o próprio concreto armado, e, mais recentemente, o polímero reforçado com fibras (PRF). Porém existem ainda alguns problemas associados a estes materiais ou, mais especificamente, às técnicas utilizadas para promover o reforço, destacando-se a dificuldade de execução, comportamento frágil e perda de área útil em função do aumento da seção transversal do pilar original. Por outro lado, o desenvolvimento da tecnologia dos materias e a constante inovação tecnológica tem como resultado a oferta de uma grande variedade de materiais com características orientadas à solução de um determinado problema. Cita-se como exemplo o concreto reforçado com fibras de aço, inicialmente desenvolvido para aplicação em elementos submetidos à flexão, mas que apresenta atributos, que se bem explorados, são desejáveis para aplicação no reforço de pilares. Busca-se neste trabalho desenvolver estratégias e técnicas de reforço que busquem potencializar o aproveitamento de todos os atributos oferecidos pelos materiais comumente empregados e desenvolver um concreto reforçado com fibras de aço com diferentes comprimentos que possibilite sua aplicação no reforço de pilares. Os resultados da análise experimental demonstram que a escolha do material, da estratégia e técnica de reforço são fatores decisivos para aliar o melhor aproveitamento dos materiais empregados e o atendimento às exigências de projeto. Conclui-se ainda que a associação de fibras de aço de diferentes comprimentos possibilita a utilização do concreto reforçado com fibras no reforço de pilares de concreto, tendo como grande virtude a facilidade de execução, se comparado com o concreto armado. / Tradicionally the strengthening of reinforced concrete columns uses materials well known, such as steel plates, the reinforced concrete, and, more recently, fiber reinforced polymer (FRP). But there are still some problems associated with these materials, or more specifically, with the used techniques, specially the difficulty of implementation, brittle behavior and loss free space due to the increase of the original cross section of the column. On the other hand, the materials technology development and the constant innovation has resulted in the provision of a wide variety of materials with specifics caracteristics to solving a particular problem. For example, steel fiber reinforced concrete, originally developed for use in elements subject to bending, but it has some attributes, which if are well explored, are desirable for use in strengthening columns. This work presents the development of strategies and techniques that optimize the o use all the attributes offered by the commonly used materials, and develop a different lengths steel fiber reinforced concrete to enable its application on columns strengthening. The results of experimental analysis show that the choice of material, strategy and technique of strengtheningt is a key factor to combine the best use of the materials used and the design requirements. It is also concluded that the combination of steel fibers of different lengths allows the use of steel fibers reinforced concrete on the strengthening of concrete columns, with the great virtue of the ease of implementation, compared to the reinforced concrete.

Submitted by Verena Bastos (verena@uefs.br) on 2015-08-05T21:29:18Z No. of bitstreams: 1 NEVES_JB_2012_R2.pdf: 2142681 bytes, checksum: 2f1f8d4679734685ccd9edf621f7b8c4 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-05T21:29:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NEVES_JB_2012_R2.pdf: 2142681 bytes, checksum: 2f1f8d4679734685ccd9edf621f7b8c4 (MD5) Previous issue date: 2013-09-24 / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado de S?o Paulo - FAPESP / The prediction of the reinforced concrete beams behavior under bending is essential to design these elements. Usually the models do not incorporate the concrete stress contribution, which may underestimate the structural element strain that use steel fiber reinforced concrete (SFRC) under permanent or temporary loads. This work presents a variational formulation based on the finite difference energy method (EFDM) in predicting the flexural behavior of concrete beams reinforced, that uses SFRC. The proposed model uses the classical lamination theory (CLT) with a damage model (Mazars, 1984) applied to the SFRC. The reinforcement was considered as a layer of a perfect elastic-plastic material. Comparing the load-displacement numerical results with those of the literature to reinforced concrete beams demonstrates the consistency of the proposed model. / A previs?o do comportamento de vigas de concreto armado sob flex?o ? fundamental para o adequado dimensionamento destes elementos. Usualmente, os modelos n?o incorporam a contribui??o do concreto tracionado, o que pode subestimar as deforma??es no elemento estrutural que utilizem o concreto refor?ado com fibras (CRFA) sob cargas de curta e longa dura??o. No presente trabalho ? apresentada uma formula??o variacional com base no m?todo das diferen?as finitas energ?ticas (MDFE) para a previs?o do comportamento ? flex?o de vigas de concreto simples ou armado refor?adas com fibras de a?o. O modelo proposto combina a teoria cl?ssica de laminados (TCL) com um modelo de dano (Mazars, 1984) aplicado ao concreto. O refor?o (armadura longitudinal) foi considerado como uma l?mina de um material elasto-pl?stico perfeito. A compara??o dos resultados num?ricos com resultados encontrados na literatura para vigas de concreto armado, em termos de cargadeslocamento, demonstra a coer?ncia do modelo proposto.