O concreto é o segundo material mais consumido no mundo, perdendo somente para água, justificando a importância de estudos que envolvam seu comportamento frente à durabilidade, e que objetivam a obtenção de estruturas com longas vidas úteis. Dentre as diversas manifestações patológicas que ocorrem nas estruturas de concreto armado, a corrosão das armaduras tem uma grande incidência, como já comprovado por diversos autores. A corrosão das armaduras ocorre pela ação de agentes agressivos sendo que os dois principais são a carbonatação e a penetração de cloretos. Em função da grande costa marítima do Brasil, a ação de íons cloretos é a mais significativa, deteriorando estruturas e levando a necessidade de manutenções periódicas. Porém, sabe-se do alto custo para realização destas manutenções. Em função da preocupação com a manutenção e gastos das estruturas de concreto armado, este estudo objetivou realizar uma validação dos ensaios de corrosão por cloretos em estruturas de concreto armado a partir de meta-análise dos dados de técnicas eletroquímicas utilizadas nos trabalhos de teses e dissertações desenvolvidos no Brasil. Pretende-se desta maneira realizar um mapeamento das pesquisas na área de corrosão em armaduras de concreto armado realizadas no Brasil e direcionar os futuros estudos. Pretende-se também realizar uma análise conjunta de todos estes trabalhos para verificar a quantidade e qualidade dos mesmos sob uma visão do conjunto nacional. Registrou-se a falta de pesquisas na região Norte do país e a centralização das mesmas nas regiões Sudeste e Sul. Com o uso de técnicas estatísticas conclui-se a falta de diversas combinações de variáveis (relação água/cimento, tipo de cimento, método de indução de cloretos, adição de materiais, entre outros) para criação de um modelo brasileiro confiável. / Concrete is the second most consumed material in the world, second only to water, explaining the importance of studies involving behavior concerning durability, and aimed to obtain structures with long lifetimes. Among the various pathologics that occur in reinforced concrete structures, corrosion of the reinforcement has a major impact, as proven by several authors. The reinforcement corrosion occurs by the action of aggressive agents and the two main ones are carbonation and chloride penetration. Due to the great sea coast of Brazil, the action of chloride ions is the most significant and deteriorating structures leading to the need for periodic maintenance, but it is known the high cost of implementing these maintenances. Because of concerns with the maintenance and expense of concrete structures, this study aimed to perform a validation of the corrosion by chlorides in reinforced concrete structures from the meta-analysis of data from electrochemical techniques used in the work of theses and dissertations developed in Brazil. The aim is thus to map the research on corrosion in reinforced concrete made in Brazil and direct future studies. Also perform a joint analysis of all these works to verify the quantity and quality of these in a vision of the National Assembly. We observed the lack of research in the northern region of the country and centralizing them in the Southeast and South By using statistical techniques concludes the lack of various combinations of variables (water / cement ratio, cement type, method induction of chloride, addition of materials, among others) to create a Brazilian model reliable.

Determinar o comportamento de materiais reforçados a partir do conhecimento das propriedades individuais de seus componentes é assunto de uma quantidade considerável de pesquisas experimentais e teóricas nas últimas décadas. Nesse trabalho, um modelo multifásico para determinação do comportamento macroscópico de estruturas de concreto armado no contexto da elastoplasticidade e considerando a interação entre o concreto e as armaduras é apresentado e incorporado em um código numérico em elementos finitos. Em uma escala macroscópica o meio multifásico é tomado como a superposição geométrica de meios contínuos em interação mútua, chamados de fase matriz e fase reforço. Cada fase possui cinemáticas distintas oferecendo, desta forma, um arcabouço adequado para levar em conta o deslizamento das barras de aço em relação à matriz de concreto. As equações de movimento são desenvolvidas com a aplicação do método dos trabalhos virtuais. A evolução elastoplástica é obtida a partir da avaliação de um critério próprio para cada constituinte e para interação, computando as tensões parciais correspondentes e obtendo um comportamento desacoplado por fase. A resistência do concreto em um estado de tensões multiaxial é estimada a partir do critério de falha de Ottosen e a fissuração do concreto é representada utilizando um modelo de fissuras distribuídas. Utilizando uma implementação tridimensional em elementos finitos, a ferramenta numérica desenvolvida é aplicada para analisar vigas e lajes sob carregamento prescrito e uma boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais é obtida. Ao final é apresentado uma análise de ensaio de arrancamento onde o principal objetivo é a investigação dos parâmetros relevantes que controlam a lei de interação entre o concreto e as barras de aço. / Predicting the behavior of reinforced materials from the knowledge of the individual properties of its components has been a subject of several experimental and theoretical works in recent years. In this work, a multiphase model for assessing the macroscopic behavior of reinforced concrete structures in the context of elastoplasticity and accounting for the interaction between the reinforcing bars and the surrounding concrete is presented and implemented in a finite element numerical code. Considering a macroscopic scale, the multiphase model is regarded as superposition of several continua in mutual interaction, namely matrix phase and reinforcement phase. For each phase different kinematics are attributed providing a suitable framework to consider the slippage between the matrix and the reinforcement. The general equations of motion are derived by means of the virtual work method. The elastoplastic evolution is carried out considering each phase and the interaction separately, computing the corresponding partial stresses and projecting onto the yield domain of the multiphase medium. The strength of concrete under multiaxial states of stress is estimated from the so-called Ottosen failure criterion and the concrete cracking issue is accounted with a smeared crack model. Using a three-dimensional finite element implementation, the numerical tool developed is applied to analyze reinforced concrete beams and slabs under prescribed loading and a good agreement between numerical and experimental results is obtained. Finally, the investigation of the main parameters that govern the interaction law of concrete and reinforcing bars has been the central purpose of the pullout tests simulations.

A transferência de tensões por aderência entre o concreto e as barras de aço da armadura, em peças de concreto armado, é um fenômeno complexo e influenciado por vários fatores. Muitos estudos têm sido desenvolvidos ao longo dos anos em relação a este assunto, porém poucos modelos são capazes de reproduzir de forma satisfatória o fenômeno físico. Neste trabalho, para a representação do fenômeno da aderência, é proposto um modelo de interface bidimensional, onde ambos o concreto e a armadura são tratados como contínuos, e a interação mecânica entre os materiais é levada em conta indiretamente através de uma homogeneização da interface. Utilizando a teoria elasto-plástica, superfícies de ruptura são explicitamente definidas para representar os modos de falha da aderência (arrancamento, fendilhamento, e escoamento do aço). Assim, a relação tensão de aderência x escorregamento é obtida automaticamente como resultado da análise, ao invés de ser um dado de entrada, como nos modelos usuais. A degradação da aderência é definida em função do espaçamento entre as nervuras e, assim, o modelo pode ser aplicado para barras de diferentes diâmetros. Além disso, para a correta caracterização da ruptura por fendilhamento, as tensões de aderência são consideradas dependentes também das condições do concreto no entorno da barra, tornando a formulação da interface não-local. Com esta abordagem, é possível reproduzir o efeito da presença de confinamento externo no mecanismo de aderência de forma satisfatória. Como resultado, com poucos parâmetros de entrada, o modelo é capaz de capturar a transição entre os modos de falha da aderência, com a vantagem de permitir um melhor entendimento do processo de falha sem a discretização explicita das nervuras. Para a representação da fissuração macroscópica do concreto, um modelo de fratura discreta foi implementado, o qual tem a vantagem de permitir uma reprodução mais detalhada do processo de falha no concreto armado do que modelos de fissura distribuídas. O modelo foi implementado no Método dos Elementos Finitos e os resultados numéricos mostram que o mesmo é capaz de capturar de forma satisfatória os modos de falha da aderência. / The bond mechanism between deformed bars and concrete is a complex phenomenon, influenced by many parameters. Many models have been developed over the years regarding this subject, but only a few have satisfactorily reproduced the physical phenomenon. In this work, to simulate the bond behavior, we propose a two-dimensional interface model where both concrete and steel are treated as continuous and the mechanical interlocking between the two materials is indirectly taken into account through a homogenization scheme. Employing the elasto-plastic constitutive model, yield surfaces are explicitly defined to represent the splitting and pullout failures. Consequently, the bond-slip relationship is obtained through analysis, rather than being input to the model. Damage in the interface is defined as a function of the rib spacing, so the model can be applied to di erent bar diameters. In order to capture the degradation of the bond due to the splitting of cracks along the axis of the bar, a non-local correction is introduced. This process is non-local in the sense that bond stresses at one particular point of the interface is, in fact, dependent of the conditions of the concrete surrounding the bar. Employing this approach, it is also possible to reproduce the confinement effect of the surrounding structure satisfactorily. The model is able to capture the transition from splitting, to pull-out, and to yielding of steel with the same set of pre-defined interface parameters, which demonstrates the predictive character of the model. The model is also coupled with a discrete fracture model in order to capture the development of primary cracks. Comparisons with experiments show a good agreement in all cases.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-02-19T12:19:52Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3520787 bytes, checksum: e265bbf58f9f142cc8fad93c2f100613 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-19T12:19:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3520787 bytes, checksum: e265bbf58f9f142cc8fad93c2f100613 (MD5) Previous issue date: 2017-02-10 / É crescente o número de estruturas de concreto armado que apresentam algum tipo de manifestação patológica como fissuração do concreto, corrosão das armaduras, dentre outras. Essas manifestações patológicas representam danos aos elementos estruturais que podem reduzir a rigidez dos mesmos, interferindo no desempenho em serviço e na capacidade última e contribuindo para a redução da vida útil da estrutura. A investigação da rigidez residual de uma estrutura danificada pode contribuir para a escolha da técnica de reabilitação mais racional. Apesar do seu potencial, as metodologias para avaliação da rigidez residual de elementos estruturais por meio de ensaios dinâmicos ainda são pouco utilizadas no Brasil. O objetivo do presente trabalho é propor uma metodologia para avaliação de estruturas de concreto armado degradadas utilizando ensaios dinâmicos. Essa metodologia também envolve a caracterização da geometria da estrutura por meio de scanner a LASER e a caracterização dos materiais por meio de ensaios não destrutivos e semidestrutivos. A fase experimental do trabalho foi dividida em duas etapas. Primeiramente foi realizado um estudo piloto numa viga de concreto armado onde foram verificados, por meio de um ensaio dinâmico, os efeitos da degradação na frequência, na rigidez e no amortecimento da viga. Posteriormente, a metodologia proposta foi aplicada a um estudo de caso de uma estrutura de concreto armado degradada. A partir do levantamento das características geométricas da estrutura, das propriedades mecânicas dos materiais e das características dinâmicas dos elementos estruturais, foram desenvolvidos modelos numéricos com auxílio do programa computacional SAP 2000 a fim de estimar a rigidez residual de cada elemento. Tendo como base a rigidez residual de cada elemento estrutural, foram desenvolvidos modelos de análise para obtenção dos esforços para verificação dos estados limites últimos e para verificação dos deslocamentos máximos para a condição de serviço da estrutura. A metodologia proposta, que associa o procedimento para estimativa da rigidez residual dos elementos estruturais, com auxílio de ensaios dinâmicos, e os procedimentos para caracterização da estrutura, com auxílio de ensaios semidestrutivos e não destrutivos, se mostrou efetiva para verificação da capacidade última, verificação do desempenho em serviço e previsão da vida útil da estrutura. De uma forma mais ampla, pode-se afirmar que a metodologia proposta se constitui uma ferramenta útil para a tomada de decisão sobre a técnica de recuperação, reparo ou reforço a ser empregada em uma estrutura de concreto degradada. / The number of reinforced concrete structures that present some type of pathological manifestation, such as cracking of concrete, corrosion of reinforcement, among others, is increasing. These pathological manifestations represent damages to the structural elements that can reduce their stiffness, interfering in the performance in service and in the last capacity and contributing to the reduction of the useful life of the structure. The investigation of the residual rigidity of a damaged structure may contribute to the choice of the most rational rehabilitation technique. Despite its potential, the methodologies for evaluating the residual stiffness of structural elements through dynamic tests are still little used in Brazil. The objective of the present work is to propose a methodology for the evaluation of degraded reinforced concrete structures using dynamic tests. This methodology also involves the characterization of the structure geometry by means of a LASER scanner and the characterization of the materials by non destructive and semi - destructive tests. The experimental phase of the work was divided into two stages. First, a pilot study was carried out on a reinforced concrete beam where the effects of degradation on frequency, stiffness and damping of the beam were verified by means of a dynamic test. Subsequently, the proposed methodology was applied to a case study of a degraded reinforced concrete structure. From the survey of the geometric characteristics of the structure, the mechanical properties of the materials and the dynamic characteristics of the structural elements, numerical models were developed using the SAP 2000 software to estimate the residual stiffness of each element. Based on the residual rigidity of each structural element, analysis models were developed to obtain the efforts to verify the ultimate limit states and to verify the maximum displacements for the service condition of the structure. The proposed methodology, which associates the procedure to estimate the residual stiffness of the structural elements, with the aid of dynamic tests, and the procedures for characterization of the structure, with the aid of semi-destructive and non-destructive tests, was effective to verify the ultimate capacity, verification of the performance in service and forecast of the useful life of the structure. More broadly, it can be stated that the proposed methodology constitutes a useful tool for decision making on the recovery, repair or reinforcement technique to be employed in a degraded concrete structure.

Este trabalho versa sobre a implementação de um modelo computacional, através do método dos elementos finitos, utilizando a plataforma ANSYS, versão 14.5, para o estudo de estruturas de concreto armado e protendido, sob estados planos de tensão. A justificativa para a realização deste trabalho vem da importância do material concreto armado dentro da engenharia estrutural, o qual é objeto permanente de estudos por comportar-se de maneira extremamente complexa e apresentar resposta altamente não-linear, quando submetido a solicitações. A diferença entre a resistência à tração e à compressão, a não-linearidade da relação tensão-deformação, a fissuração, e os fenômenos relacionados ao tempo como fluência e retração do concreto, além da plastificação do aço e do concreto são as causas desta não-linearidade. O objetivo final deste trabalho é implementar dois procedimentos distintos no modelo computacional, baseados em um modelo elasto-viscoplástico. No primeiro, a resposta da estrutura é dada para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplástico. No segundo, a resposta da estrutura é dada ao longo do tempo, considerando, neste caso, que o material possui um comportamento viscoelástico. A representação do concreto fissurado é feita por um modelo de fissuras distribuídas, e as armaduras são introduzidas através de uma formulação incorporada. Para isto, inicialmente estudou-se as relações constitutivas de cada material, concreto e aço, a fim de melhor representá-los no modelo numérico. Para a representação das equações constitutivas, implementou-se um novo modelo de material com a ajuda da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features) do ANSYS, onde foram adicionadas novas sub-rotinas ao programa principal em linguagem FORTRAN. A implementação deste novo modelo possibilitou a utilização de elementos bidimensionais quadráticos de 8 nós (PLANE183) com armadura incorporada (REINF263), tornando a solução do problema muito mais rápida e eficaz. Para validar as sub-rotinas acrescentadas ao sistema, foi feita uma comparação dos resultados numéricos com os valores experimentais disponíveis na literatura técnica, a qual apresentou resultados satisfatórios. / This work presents the development of a computational model, based on the finite element method, through the ANSYS platform, version 14.5, for the study of reinforced and prestressed concrete structures, under plane stress states. This work is justified by the importance of reinforced concrete material in the structural engineering, which is subject of ongoing studies due to the very complex behavior when subjected to requests. The difference between the tension and compression strength, the nonlinearity of the stress-strain relation, the cracking, and phenomena related to time as creep and shrinkage of concrete, beyond the plasticity of steel and concrete are the causes of this nonlinearity. The ultimate goal of this work is to implement two different procedures in the computational model, based on an elasto-viscoplastic model. At the first, the response of the structure is given for an instantaneous loading, considering the material with an elastoplastic behavior. At the second, the response of the structure is given over time, considering, in this case, that the material has a viscoelastic behavior. A distributed cracking model makes the representation of the cracked concrete and the reinforcement is introduced through an embedded formulation. Initially, the constitutive relations of each constituent material were studied, in order to best represent them in the numerical model. For the representation of the constitutive equations of concrete and steel, it was implemented a new model of material with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features) of ANSYS, where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The implementation of this new model enabled the use of two-dimensional quadratic elements of 8 nodes (PLANE183) with embedded reinforcement (REINF263), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, numerical results have been compared to experimental values available on technical literature, which have shown satisfactory results.

O concreto armado é um material de alta relevância para a construção civil e o aprimoramento das técnicas de análise estrutural possibilitam a elaboração de projetos mais realistas. Dentre os aprimoramentos, pode-se citar o incremento preciso de informações referentes às questões de envelhecimento, levando-se em conta, desta forma, fenômenos como fluência e retração relacionados com a idade do material no momento da aplicação das cargas. A análise de estruturas de cascas é altamente complexa e o incremento de deformações devido ao comportamento diferido pode resultar em conformações divergentes às obtidas pelas análises instantâneas, sendo bastante relevante ao campo da engenharia estrutural. Assim, este trabalho apresenta um modelo numérico computacional, com base no método dos elementos finitos, para análise diferida e não linear física e geométrica de cascas de concreto armado. Com esta finalidade, elementos de casca laminares, segundo uma formulação isoparamétrica Lagrangeana, foram implementados para representar o concreto. Para as armaduras, implementações dos modelos incorporado e distribuído foram realizadas. Na análise do concreto submetido a cargas instantâneas um modelo elastoplástico é admitido. Para a análise diferida, modelos Kelvin e Maxwell generalizados foram implementados, calibrados para o uso em estruturas de concreto e comparados entre si. A formulação geral inclui ainda os efeitos da fissuração no concreto e é válida nos campos dos grandes deslocamentos e pequenas deformações. Os resultados obtidos foram satisfatórios, para todos os modelos implementados, quando comparados com dados experimentais. / The reinforced concrete is a high relevance material to the civil construction and improvements of structural analysis tools result in more realistic projects. Increment of information about the aging material as creep and shrinkage are some of these improvements possibilities. The analysis of shell structures is complex and the assumption of long term analysis could result in a different deformed shape when compared with an instantaneous analysis, being very important to structural engineering. Thus, a numeric computational model, based on finite element method, aiming long term and nonlinear analysis of reinforced concrete shells is presented in this work. Degenerated shell elements, according a Lagrangean isoparametric formulation, were implemented. Smeared and embedded models to the reinforcement representation were incorporated. For instantaneous analysis an elastoplastic model has been admitted, while for long term analysis, viscoelasticity based on generalized Kelvin chain and generalized Maxwell chain have been proposed. These chains were calibrated for use in concrete structures and compared between each other. The general formulation includes cracking effects and it can be applied to large displacements and small deformations. The software has presented good agreement with experimental results.

O concreto é o segundo material mais consumido no mundo, perdendo somente para água, justificando a importância de estudos que envolvam seu comportamento frente à durabilidade, e que objetivam a obtenção de estruturas com longas vidas úteis. Dentre as diversas manifestações patológicas que ocorrem nas estruturas de concreto armado, a corrosão das armaduras tem uma grande incidência, como já comprovado por diversos autores. A corrosão das armaduras ocorre pela ação de agentes agressivos sendo que os dois principais são a carbonatação e a penetração de cloretos. Em função da grande costa marítima do Brasil, a ação de íons cloretos é a mais significativa, deteriorando estruturas e levando a necessidade de manutenções periódicas. Porém, sabe-se do alto custo para realização destas manutenções. Em função da preocupação com a manutenção e gastos das estruturas de concreto armado, este estudo objetivou realizar uma validação dos ensaios de corrosão por cloretos em estruturas de concreto armado a partir de meta-análise dos dados de técnicas eletroquímicas utilizadas nos trabalhos de teses e dissertações desenvolvidos no Brasil. Pretende-se desta maneira realizar um mapeamento das pesquisas na área de corrosão em armaduras de concreto armado realizadas no Brasil e direcionar os futuros estudos. Pretende-se também realizar uma análise conjunta de todos estes trabalhos para verificar a quantidade e qualidade dos mesmos sob uma visão do conjunto nacional. Registrou-se a falta de pesquisas na região Norte do país e a centralização das mesmas nas regiões Sudeste e Sul. Com o uso de técnicas estatísticas conclui-se a falta de diversas combinações de variáveis (relação água/cimento, tipo de cimento, método de indução de cloretos, adição de materiais, entre outros) para criação de um modelo brasileiro confiável. / Concrete is the second most consumed material in the world, second only to water, explaining the importance of studies involving behavior concerning durability, and aimed to obtain structures with long lifetimes. Among the various pathologics that occur in reinforced concrete structures, corrosion of the reinforcement has a major impact, as proven by several authors. The reinforcement corrosion occurs by the action of aggressive agents and the two main ones are carbonation and chloride penetration. Due to the great sea coast of Brazil, the action of chloride ions is the most significant and deteriorating structures leading to the need for periodic maintenance, but it is known the high cost of implementing these maintenances. Because of concerns with the maintenance and expense of concrete structures, this study aimed to perform a validation of the corrosion by chlorides in reinforced concrete structures from the meta-analysis of data from electrochemical techniques used in the work of theses and dissertations developed in Brazil. The aim is thus to map the research on corrosion in reinforced concrete made in Brazil and direct future studies. Also perform a joint analysis of all these works to verify the quantity and quality of these in a vision of the National Assembly. We observed the lack of research in the northern region of the country and centralizing them in the Southeast and South By using statistical techniques concludes the lack of various combinations of variables (water / cement ratio, cement type, method induction of chloride, addition of materials, among others) to create a Brazilian model reliable.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-08-15T17:05:22Z No. of bitstreams: 1 137203.pdf: 3859577 bytes, checksum: 7415aafb4a2db5a380146229de96cf72 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-15T17:05:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 137203.pdf: 3859577 bytes, checksum: 7415aafb4a2db5a380146229de96cf72 (MD5) Previous issue date: 1974-11 / Neste trabalho estuda-se a flexão de vigas de concreto de agregado leve armado com aço comum, visando a verificação, para este tipo de concreto, da aplicabilidade das recomendações do Comité Européen du Betón - Federatión Internationale de la Precontrainte (CEB-FIP). Os 12 modelos ensaiados têm as mesmas dimensões, constituindo 6 pares de vigas diferindo apenas na percentagem geométrica de armadura. Os resultados dos ensaios são comparados com a análise teórica realizada a partir das recomendações do CEB-FIP. / The subject of this dissertation deals with the bending analysis of light. Our final aim is to compare the experimental results with the CEB-FIP standards for this type of concrete. Twelve specimens were tested. All the beams tested were casted with the same geometry and dimensions, only the geometrical percentage of the reinforcement was a varied for each pair of beams. The experimental results are compared with those obtained by theoretical analysis taking into account the CEB-FIP recommendations.

Determinar o comportamento de materiais reforçados a partir do conhecimento das propriedades individuais de seus componentes é assunto de uma quantidade considerável de pesquisas experimentais e teóricas nas últimas décadas. Nesse trabalho, um modelo multifásico para determinação do comportamento macroscópico de estruturas de concreto armado no contexto da elastoplasticidade e considerando a interação entre o concreto e as armaduras é apresentado e incorporado em um código numérico em elementos finitos. Em uma escala macroscópica o meio multifásico é tomado como a superposição geométrica de meios contínuos em interação mútua, chamados de fase matriz e fase reforço. Cada fase possui cinemáticas distintas oferecendo, desta forma, um arcabouço adequado para levar em conta o deslizamento das barras de aço em relação à matriz de concreto. As equações de movimento são desenvolvidas com a aplicação do método dos trabalhos virtuais. A evolução elastoplástica é obtida a partir da avaliação de um critério próprio para cada constituinte e para interação, computando as tensões parciais correspondentes e obtendo um comportamento desacoplado por fase. A resistência do concreto em um estado de tensões multiaxial é estimada a partir do critério de falha de Ottosen e a fissuração do concreto é representada utilizando um modelo de fissuras distribuídas. Utilizando uma implementação tridimensional em elementos finitos, a ferramenta numérica desenvolvida é aplicada para analisar vigas e lajes sob carregamento prescrito e uma boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais é obtida. Ao final é apresentado uma análise de ensaio de arrancamento onde o principal objetivo é a investigação dos parâmetros relevantes que controlam a lei de interação entre o concreto e as barras de aço. / Predicting the behavior of reinforced materials from the knowledge of the individual properties of its components has been a subject of several experimental and theoretical works in recent years. In this work, a multiphase model for assessing the macroscopic behavior of reinforced concrete structures in the context of elastoplasticity and accounting for the interaction between the reinforcing bars and the surrounding concrete is presented and implemented in a finite element numerical code. Considering a macroscopic scale, the multiphase model is regarded as superposition of several continua in mutual interaction, namely matrix phase and reinforcement phase. For each phase different kinematics are attributed providing a suitable framework to consider the slippage between the matrix and the reinforcement. The general equations of motion are derived by means of the virtual work method. The elastoplastic evolution is carried out considering each phase and the interaction separately, computing the corresponding partial stresses and projecting onto the yield domain of the multiphase medium. The strength of concrete under multiaxial states of stress is estimated from the so-called Ottosen failure criterion and the concrete cracking issue is accounted with a smeared crack model. Using a three-dimensional finite element implementation, the numerical tool developed is applied to analyze reinforced concrete beams and slabs under prescribed loading and a good agreement between numerical and experimental results is obtained. Finally, the investigation of the main parameters that govern the interaction law of concrete and reinforcing bars has been the central purpose of the pullout tests simulations.

A transferência de tensões por aderência entre o concreto e as barras de aço da armadura, em peças de concreto armado, é um fenômeno complexo e influenciado por vários fatores. Muitos estudos têm sido desenvolvidos ao longo dos anos em relação a este assunto, porém poucos modelos são capazes de reproduzir de forma satisfatória o fenômeno físico. Neste trabalho, para a representação do fenômeno da aderência, é proposto um modelo de interface bidimensional, onde ambos o concreto e a armadura são tratados como contínuos, e a interação mecânica entre os materiais é levada em conta indiretamente através de uma homogeneização da interface. Utilizando a teoria elasto-plástica, superfícies de ruptura são explicitamente definidas para representar os modos de falha da aderência (arrancamento, fendilhamento, e escoamento do aço). Assim, a relação tensão de aderência x escorregamento é obtida automaticamente como resultado da análise, ao invés de ser um dado de entrada, como nos modelos usuais. A degradação da aderência é definida em função do espaçamento entre as nervuras e, assim, o modelo pode ser aplicado para barras de diferentes diâmetros. Além disso, para a correta caracterização da ruptura por fendilhamento, as tensões de aderência são consideradas dependentes também das condições do concreto no entorno da barra, tornando a formulação da interface não-local. Com esta abordagem, é possível reproduzir o efeito da presença de confinamento externo no mecanismo de aderência de forma satisfatória. Como resultado, com poucos parâmetros de entrada, o modelo é capaz de capturar a transição entre os modos de falha da aderência, com a vantagem de permitir um melhor entendimento do processo de falha sem a discretização explicita das nervuras. Para a representação da fissuração macroscópica do concreto, um modelo de fratura discreta foi implementado, o qual tem a vantagem de permitir uma reprodução mais detalhada do processo de falha no concreto armado do que modelos de fissura distribuídas. O modelo foi implementado no Método dos Elementos Finitos e os resultados numéricos mostram que o mesmo é capaz de capturar de forma satisfatória os modos de falha da aderência. / The bond mechanism between deformed bars and concrete is a complex phenomenon, influenced by many parameters. Many models have been developed over the years regarding this subject, but only a few have satisfactorily reproduced the physical phenomenon. In this work, to simulate the bond behavior, we propose a two-dimensional interface model where both concrete and steel are treated as continuous and the mechanical interlocking between the two materials is indirectly taken into account through a homogenization scheme. Employing the elasto-plastic constitutive model, yield surfaces are explicitly defined to represent the splitting and pullout failures. Consequently, the bond-slip relationship is obtained through analysis, rather than being input to the model. Damage in the interface is defined as a function of the rib spacing, so the model can be applied to di erent bar diameters. In order to capture the degradation of the bond due to the splitting of cracks along the axis of the bar, a non-local correction is introduced. This process is non-local in the sense that bond stresses at one particular point of the interface is, in fact, dependent of the conditions of the concrete surrounding the bar. Employing this approach, it is also possible to reproduce the confinement effect of the surrounding structure satisfactorily. The model is able to capture the transition from splitting, to pull-out, and to yielding of steel with the same set of pre-defined interface parameters, which demonstrates the predictive character of the model. The model is also coupled with a discrete fracture model in order to capture the development of primary cracks. Comparisons with experiments show a good agreement in all cases.