Os primeiros estudos sobre pavimentos de concreto continuamente armados (PCCA) foram desenvolvidos em zonas cujo clima característico é o temperado (EUA, Holanda e Bélgica), não se tendo estudos técnicos acerca do comportamento do pavimento em ambiente tropical. A premissa de funcionamento do PCCA está baseada na não execução de juntas de retração, obrigatórias em pavimentos de concreto simples (PCS), ou seja, as fissuras devido à retração do concreto ocorrem aleatoriamente, sendo controladas pela elevada taxa de armadura longitudinal disposta longitudinalmente ao longo de toda a extensão do pavimento. Como essa armadura não possui função estrutural, pois é colocada acima da linha neutra da placa, no banzo comprimido, sua função é manter as fissuras fortemente apertadas, garantindo suavidade ao rolamento e elevada transferência de carga (LTE), a qual ocorre pelo intertravamento dos agregados nas faces fissuradas, proporcionando assim um pavimento de alta durabilidade e que dispende baixíssimos custos com manutenção. No Brasil, a primeira experiência com PCCA teve início no ano de 2010, quando foram construídas quatro seções de 50 m de extensão cada, consideradas curtas em comparação aos 400 m de extensão de um PCCA rodoviário que podem ser alcançados ao final de um dia de trabalho. O monitoramento contínuo de tais seções mostrou haver uma diferença muito significativa de comportamento, comparado aos PCCA tradicionais, no que tange o tempo decorrido para estabelecimento do padrão de fissuração (a primeira fissura surgiu um ano após a construção), bem como espaçamento médio entre as fissuras, devido à curta extensão das placas e a inexistência de um sistema de ancoragem nas extremidades. Assim, para melhor compreender o comportamento de pavimentos de concreto com armadura contínua com padrões condizentes à realidade rodoviária em ambiente tropical, em janeiro de 2016, foi construído no campus da Universidade de São Paulo o primeiro PCCA de longa extensão do Brasil, com 200 m de comprimento. Foram empregados quatro diferentes tipos de concreto, variando o tipo de cimento e o tipo de agregado, bem como foram empregados aço galvanizado e aço comum. Para entender o comportamento do pavimento sob as condições climáticas brasileiras foram realizados três estudos: levantamento de fissuras (espaçamento e abertura), modelagem analítica do espaçamento entre fissuras através de modelos de previsão de retração em concreto e testes com FWD para avaliação da eficiência de transferência de carga (LTE) entre as fissuras. A análise do padrão de fissuração mostrou que o desenvolvimento das fissuras aconteceu conforme a literatura técnica, tendo início na primeira semana após a concretagem e atingindo aproximadamente 60% do número total de fissuras antes do primeiro mês. As seções centrais possuem o maior número de fissuras, pois estão ancoradas pelas seções de extremidade, onde o surgimento das fissuras é mais lento por conta da falta de ancoragem. As aberturas das fissuras mostraram-se maiores nas posições com aço galvanizado devido à menor aderência aço-concreto nesse caso, em comparação às posições com aço comum. O modelo de previsão de retração no concreto que melhor se aproximou do espaçamento médio desenvolvido em campo foi o modelo do Eurocode 2, com diferenças em torno de 30%, aproximadamente. As análises de LTE mostraram um desempenho muito satisfatório, apesar de a LTE nas regiões com aço galvanizado ter resultado menor do que a LTE nas regiões com aço comum. / The first studies on continuously reinforced concrete pavements (CRCP) were developed in areas in which the typical weather is temperate (United States, Netherlands and Belgium), with no technical studies carried out in tropical weather. CRCP structural premise is based on a slab without construction joints which are required in jointed plain concrete pavements (JPCP); i.e., CRCP cracks due to concrete shrinkage occur randomly being controlled by the high longitudinal reinforcement percentage, positioned longitudinally along the pavement length. As the longitudinal reinforcement has no structural role, because it is placed above the slab neutral axis, in the compression zone, its main function is to keep cracks strongly tight, ensuring a smooth ride and high load efficiency transfer (LTE) at cracks, which occurs through aggregates interlocking, thereby providing a highly durable pavement with low maintenance costs. The first experience with CRCP in Brazil started in 2010, when four experimental sections were constructed. Each section is 50 meters long, short when compared to the traditional CRCP that can extend for over 400 meters providing that concrete pouring does not stop. Continuous monitoring of these sections has shown that the short CRCP behaves differently from traditional CRCP, regarding the time taken for the cracking pattern full development (the first crack was visible on the surface one year after the construction), as well as average cracking space due to the slab\'s short extension and lack of anchorage. Therefore, in order to fully analyze the behavior of a traditional CRCP under tropical weather, in January 2016, the first long extension CRCP in Brazil was built, at the University of São Paulo campus, with 200 meters length. Four types of concrete were applied in the construction, varying cement and aggregate type. Galvanized and ordinary steel were used as well. To analyze the pavement behavior under Brazilian climatic conditions, three studies were carried out: cracks surveys (spacing and width), analytical modeling crack spacing through shrinkage prediction models and Falling Weight Deflectometer testing to evaluate the crack\'s load transfer efficiency (LTE). Cracking pattern analysis has shown cracks development consistent with technical literature. The first cracks appeared during the first week after concrete placement and, before the first month, about 60% of the total cracks number had developed. Central sections presented greatest number of cracks as they are anchored by the outer sections, where cracking occurs slower due to the lack of anchorage. Cracks width was higher in areas with galvanized steel due to the weaker steel-concrete bond, when compared to areas with common steel. The shrinkage prediction model for concrete that better approached the average field crack spacing was the Eurocode 2, with mean difference of 30%. LTE analysis has shown a quite satisfactory performance, even though LTE in areas with galvanized steel is lower than LTE in areas with common steel.

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-04-15T18:13:42Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação - Paulo Rodrigo Lopes de Souza.pdf: 3087983 bytes, checksum: 88991d54c050c5fbdd84af04c1508190 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-15T18:13:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação - Paulo Rodrigo Lopes de Souza.pdf: 3087983 bytes, checksum: 88991d54c050c5fbdd84af04c1508190 (MD5) Previous issue date: 2015-10-09 / A falta de compatibilização de projetos na construção civil pode gerar interferências entre os diversos projetos de uma edificação e o projeto estrutural, uma destas interferências é a passagem de tubulações na alma de vigas. Na maioria das vezes só é constatado que uma tubulação irá passar no meio de uma viga após a mesma já ter sido concretada e nessa situação muitos construtores realizam uma abertura ou furo na viga para realizar a passagem da tubulação na maior parte das vezes sem a devida consulta a um engenheiro calculista e sem respeitar as prescrições da norma ABNT NBR 6118:2014 no que diz respeito às dimensões e posicionamento na alma da viga ocasionando perda da resistência dessas vigas. Com base no exposto, foi analisada neste trabalho a possibilidade de se adicionar fibras de aço à massa do concreto para atuar como reforço parcial junto ao local do furo. Para avaliar a capacidade das fibras que atua como reforços parciais foram conduzidos ensaios experimentais que consistiram na moldagem de vigas de concreto armado com iguais dimensões onde todas elas foram instrumentadas com extensômetros elétricos e medidores de deslocamento tipo LVDT. As vigas possuíam adição de fibras de aço em diferentes teores e uma abertura transversal de igual geometria e posição na alma. Para realização de um estudo comparativo foram analisadas duas vigas, uma de referência sem adição de fibras à massa do concreto e sem abertura transversal na alma e uma sem adição de fibras de aço à massa do concreto, com abertura transversal na alma, porém, com um reforço em armadura de aço junto ao local da abertura que foi calculado pelo método das Bielas e dos Tirantes. Todas as vigas foram analisadas quando a capacidade de carga, deformações do concreto e do aço além de flecha no meio do vão. Os resultados mostraram que as vigas com adição de fibras de aço à massa do concreto, em alguns locais da viga, alcançaram até a carga de ruptura uma discreta melhora na rigidez, que mostra que as fibras de aço foram eficientes no controle da fissuração, porém as fibras de aço sozinhas não conseguiram manter a mesma capacidade de carga da viga de referência. Sugere-se então a utilização da técnica da adição de fibras de aço à massa do concreto em conjunto com um reforço em armadura de aço junto ao local da abertura calculado pelo método das bielas e dos tirantes. / The lack of compatibility of projects in a civil construction can cause interference among the various projects of a building and the structural project, one of these are interferences in the passage of pipes in the beam’s web. In most cases it is only ascertained that a pipe will go through a beam after it has already been concreted, and in this situation many builders perform an opening or hole in the beam to get the pipes through at most times without proper refers to a calculating engineer and without complying with the requirements of the Brazilian standard NBR 6118: 2014 with regard to the dimensions and positioning the beam’s web causing loss of strength on them. Based on this fact presented above, it was analyzed in this study the possibility of adding steel fibers to the concrete mass to act as partial reinforcement at the place of the hole. To evaluate the ability of the fibers act as partial reinforcement, experimental trials were conducted, which consisted of molding reinforced concrete beams with equal dimensions where all of them were instrumented with electric strain gages and LVDT displacement meters. The beams had addition of steel fibers at different levels and a transverse opening of the same geometry and position in the web. To conduct a comparative study two beams were analyzed, one of them being a reference without addition of fiber to the concrete mass and without transverse opening in the web. The other without the addition of steel fibers to the concrete mass, with cross opening in the web, however, with an increase in steel armor at the place of opening which was calculated by the struts an tie method. All beams were analyzed for the load capacity of concrete and steel strains plus arrow in the middle of the span. The results showed that the beams with added steel fibers to the concrete mass, in some places the beam, reached to a discrete breaking load improvement in rigidity, which shows that steel fibers were effective in controlling cracking, but the steel fibers alone do not show the same load capacity of the reference beam. It is then suggested to use the technique of adding steel fibers to the concrete mass together with a reinforcement of steel armor at the place of the opening calculated by the struts and tie method.

O uso de fibra de aço como reforço no concreto tem sido objeto de várias pesquisas recentes. Com o surgimento do concreto autoadensável reforçado com fibras, a fluidez do concreto aumenta a possibilidade de orientação das fibras na etapa de concretagem, o que pode trazer alterações significativas no comportamento mecânico do concreto endurecido. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência das condições de moldagem sobre a resistência residual pós-fissuração de elementos planos moldados com concreto autoadensável reforçados com fibra de aço. Também foi objetivo deste trabalho verificar previamente a combinação de ensaios reológicos com métodos convencionais para controle e caracterização do concreto autoadensável no estado fresco. A caracterização do concreto foi feita com reometria rotacional, caixa-L e espalhamento. Os resultados apontam que o estudo da reologia do concreto é desejável e a combinação dos ensaios de reologia com ensaios convencionais pode trazer mais informações sobre o efeito da adição de fibras. Foram realizados ensaios de punção de placas para avaliar o comportamento mecânico de elementos planos produzidos com concreto lançado em posições distintas. A confirmação da orientação preferencial das fibras como causa da diferença de comportamento foi realizada através de informações obtidas com os ensaios indutivo e Double Edge Wedge Splitting (DEWS) realizados em testemunhos extraídos de placas moldadas sob as mesmas condições. Além disso, comprovou-se que a orientação preferencial gerada pelas condições de lançamento do concreto pode influenciar significativamente na resistência pós-fissuração de elementos estruturais planos. / The use of steel fiber as reinforcement in concrete has been the subject of several recent studies. With the development of self-compacting fiber reinforced concrete, the fluidity of the material could increase the possibility of orientation of fibers during the casting process. That condition could bring significant changes in the mechanical behavior of hardened fiber reinforced concrete. The aim of this study was to investigate the influence of the conditions of casting on the post-cracking residual strength of flat elements molded with self-compacting concrete reinforced with steel fibers. It was also an objective of this work verify previously the combination of rheological tests with conventional methods in order to control and characterize the self-compacting concrete in the fresh state. The characterization of the concrete in fresh state was made with rotational rheometer, L-box and spreading tests. The results showed that the study of the concrete rheology is desirable and combination of rheological tests with conventional testing can provide more information about the effect of fiber addition. The evaluation of the mechanical behavior of flat elements produced under different positions of casting was conducted through test panels submitted to punching loading. The confirmation of the orientation of the fibers as a cause of the difference in the behavior was accomplished through information obtained from the inductive and DEWS tests performed on extracted cores of panels molded under the same conditions. Furthermore, the preferred orientation caused by the concrete flow significant influence on the post-cracking strength of the structural flat elements was shown. The tests carried out with extracted cores endorsed the conclusion that the cause of performance variation is fundamentally linked to the preferred orientation, which is a result of the casting procedure.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1633.pdf: 1450498 bytes, checksum: 168f73bc76f8080e5335a505cfe3289c (MD5) Previous issue date: 2007-10-25 / Structural analysis of framed structures using discrete method, wherein, splitting them into elements with simplified considerations, can bring not satisfactory results or end up using very high safety coefficient to the structure. With the growth of computing and microcomputers it is feasible the resolution of structures considering all parts, therefore three-dimensional. The scope of this work is to make a physical and geometrical non-linear analysis of three-dimensional framed structures with re-bar elements, which can be joined by monolithic or semi-rigid connection, that is commonly used in Precast concrete structures. In order to reach this aim, has been developed a free software using PASCAL language and structural matrix analysis, adding up concrete physical nonlinear analysis with Branson expression. The geometric non-linear was considered from a present Lagrangean formulation. In both cases, it was used the incremental loading technique, which showed a very interesting relation between the results. In order to consolidate the studied concepts and to validate the developed software, it was dedicated a special attention to the resolution of several samples, comparing them with the given results of other software and also with values from experimental analysis, specially for the semi-rigid connections / A análise de estruturas de forma discretizada, ou seja, separando-a em outras estruturas com considerações simplificadoras, pode conduzir a resultados não satisfatórios ou o emprego de coeficientes de segurança muito grandes. Com o advento da informática e microcomputadores já é viável a resolução de estruturas considerandoas como um todo e portanto tridimensionais. Desta forma, objetivo deste trabalho é realizar a análise não linear física e geométrica de estruturas tridimensionais reticulares compostas por elementos de barra, os quais podem ser unidos por ligações monolíticas ou semi-rígidas, como ocorre para estruturas de concreto pré-moldado. Para atingir esta finalidade, desenvolveu-se um programa livre em linguagem TURBO PASCAL, utilizando-se da análise matricial de estruturas, acrescida da consideração da não linearidade física do concreto a partir da equação de Branson. A não linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação lagrangiana atualizada. Em ambos os casos, utiliza-se a técnica do carregamento incremental, a qual se mostrou bastante interessante em relação aos resultados obtidos. A fim de consolidar os conceitos estudados e também para validar o programa elaborado, dedica-se especial atenção à resolução de vários exemplos, comparando-se os resultados obtidos com outros programas já devidamente validados, e também com valores obtidos a partir da análise experimental, principalmente para o caso das ligações semi-rígidas

O uso de fibra de aço como reforço no concreto tem sido objeto de várias pesquisas recentes. Com o surgimento do concreto autoadensável reforçado com fibras, a fluidez do concreto aumenta a possibilidade de orientação das fibras na etapa de concretagem, o que pode trazer alterações significativas no comportamento mecânico do concreto endurecido. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência das condições de moldagem sobre a resistência residual pós-fissuração de elementos planos moldados com concreto autoadensável reforçados com fibra de aço. Também foi objetivo deste trabalho verificar previamente a combinação de ensaios reológicos com métodos convencionais para controle e caracterização do concreto autoadensável no estado fresco. A caracterização do concreto foi feita com reometria rotacional, caixa-L e espalhamento. Os resultados apontam que o estudo da reologia do concreto é desejável e a combinação dos ensaios de reologia com ensaios convencionais pode trazer mais informações sobre o efeito da adição de fibras. Foram realizados ensaios de punção de placas para avaliar o comportamento mecânico de elementos planos produzidos com concreto lançado em posições distintas. A confirmação da orientação preferencial das fibras como causa da diferença de comportamento foi realizada através de informações obtidas com os ensaios indutivo e Double Edge Wedge Splitting (DEWS) realizados em testemunhos extraídos de placas moldadas sob as mesmas condições. Além disso, comprovou-se que a orientação preferencial gerada pelas condições de lançamento do concreto pode influenciar significativamente na resistência pós-fissuração de elementos estruturais planos. / The use of steel fiber as reinforcement in concrete has been the subject of several recent studies. With the development of self-compacting fiber reinforced concrete, the fluidity of the material could increase the possibility of orientation of fibers during the casting process. That condition could bring significant changes in the mechanical behavior of hardened fiber reinforced concrete. The aim of this study was to investigate the influence of the conditions of casting on the post-cracking residual strength of flat elements molded with self-compacting concrete reinforced with steel fibers. It was also an objective of this work verify previously the combination of rheological tests with conventional methods in order to control and characterize the self-compacting concrete in the fresh state. The characterization of the concrete in fresh state was made with rotational rheometer, L-box and spreading tests. The results showed that the study of the concrete rheology is desirable and combination of rheological tests with conventional testing can provide more information about the effect of fiber addition. The evaluation of the mechanical behavior of flat elements produced under different positions of casting was conducted through test panels submitted to punching loading. The confirmation of the orientation of the fibers as a cause of the difference in the behavior was accomplished through information obtained from the inductive and DEWS tests performed on extracted cores of panels molded under the same conditions. Furthermore, the preferred orientation caused by the concrete flow significant influence on the post-cracking strength of the structural flat elements was shown. The tests carried out with extracted cores endorsed the conclusion that the cause of performance variation is fundamentally linked to the preferred orientation, which is a result of the casting procedure.

Devido à fragilidade do concreto, o controle e combate da fissuração são de importância fundamental em estruturas de concreto armado. Uma maneira de melhorar as propriedades do concreto à tração é pelo emprego de fibras. A presente pesquisa é uma tentativa de fornecer diretrizes para o dimensionamento de estruturas de concreto armado com fibras, e armadura convencional sob condições de serviço. Apresenta-se inicialmente, um estudo do comportamento do material à tração. Um modelo probabilístico/micro-mecânico fundamentado na mecânica de fratura, e capaz de prever o comportamento pós-fissuração do compósito é apresentado. O modelo prevê a relação tensão-abertura de fissura do compósito levando em conta os seguintes micro-mecanismos: travejamento de agregado e fibras, a ruptura das fibras, os efeitos de: atrito local (snubbing effect), esmagamento da matriz, Cook-Gordon, e da pré-tração das fibras. Em nível estrutural, dois modelos macro-mecânicos são apresentados. O primeiro modelo tem premissa na teoria clássica de fissura, e o segundo na mecânica de dado. O primeiro modelo é ajustado para aplicação na previsão de espaçamento e aberturas de fissura em estruturas de concreto armado com fibras discretas e aleatoriamente dispostas. É demostrado que o modelo micro-mecânico pode alimentar perfeitamente o modelo macro-mecânico. Ensaios de tração com elementos de placas de argamassa com fibras armada com tela ou fios foram realizados. Os resultados teóricos previstos pelo modelo foram comparados com os obtidos do programa experimental, e mostram uma boa concordância, comprovando a validade do modelo apresentado. / Due to the brittleness of concrete, the control and prevention of cracking in reinforced concrete structures are of prime importance. One way of improving the tensile properties of concrete is by the addition of fibres. The present research is a trial to provide guidelines for the design of fibre reinforced concrete structures under service loads. First of all, a study of the tensile behaviour of the composite material is presented. A probabilistic/fracture mechanics based micromechanical model, capable of predicting the poscracking behaviour of the material is presented. The model predicts the tensile stress-crack width relationship, accounting for the following micromechanisms: fibre and aggregate bridging, fibre rupture, local snubbing, matrix spalling, the Cook-Gordon interface effect, and fibre prestressing. At the structural level, two macromechanical models are presented. One is founded on the classical theory of cracking, while the other, a shear lag model, is founded on the continuum damage mechanics. The first model is adjusted for application to the prevision of crack width and crack spacing in fibre reinforced concrete structures with short discrete and randomly dispersed fibres. It is shown that the micromechanical model fits very well in the macrostructural model. Tensile tests with mortar specimens reinforced with continuous steel wires or meshes and PVA or polypropylene fibres were carried out. The theoretical results predicted by the model were compared with results obtained from the experimental program, and show very good agreement, confirming the validity of the theoretical model.

Devido à fragilidade do concreto, o controle e combate da fissuração são de importância fundamental em estruturas de concreto armado. Uma maneira de melhorar as propriedades do concreto à tração é pelo emprego de fibras. A presente pesquisa é uma tentativa de fornecer diretrizes para o dimensionamento de estruturas de concreto armado com fibras, e armadura convencional sob condições de serviço. Apresenta-se inicialmente, um estudo do comportamento do material à tração. Um modelo probabilístico/micro-mecânico fundamentado na mecânica de fratura, e capaz de prever o comportamento pós-fissuração do compósito é apresentado. O modelo prevê a relação tensão-abertura de fissura do compósito levando em conta os seguintes micro-mecanismos: travejamento de agregado e fibras, a ruptura das fibras, os efeitos de: atrito local (snubbing effect), esmagamento da matriz, Cook-Gordon, e da pré-tração das fibras. Em nível estrutural, dois modelos macro-mecânicos são apresentados. O primeiro modelo tem premissa na teoria clássica de fissura, e o segundo na mecânica de dado. O primeiro modelo é ajustado para aplicação na previsão de espaçamento e aberturas de fissura em estruturas de concreto armado com fibras discretas e aleatoriamente dispostas. É demostrado que o modelo micro-mecânico pode alimentar perfeitamente o modelo macro-mecânico. Ensaios de tração com elementos de placas de argamassa com fibras armada com tela ou fios foram realizados. Os resultados teóricos previstos pelo modelo foram comparados com os obtidos do programa experimental, e mostram uma boa concordância, comprovando a validade do modelo apresentado. / Due to the brittleness of concrete, the control and prevention of cracking in reinforced concrete structures are of prime importance. One way of improving the tensile properties of concrete is by the addition of fibres. The present research is a trial to provide guidelines for the design of fibre reinforced concrete structures under service loads. First of all, a study of the tensile behaviour of the composite material is presented. A probabilistic/fracture mechanics based micromechanical model, capable of predicting the poscracking behaviour of the material is presented. The model predicts the tensile stress-crack width relationship, accounting for the following micromechanisms: fibre and aggregate bridging, fibre rupture, local snubbing, matrix spalling, the Cook-Gordon interface effect, and fibre prestressing. At the structural level, two macromechanical models are presented. One is founded on the classical theory of cracking, while the other, a shear lag model, is founded on the continuum damage mechanics. The first model is adjusted for application to the prevision of crack width and crack spacing in fibre reinforced concrete structures with short discrete and randomly dispersed fibres. It is shown that the micromechanical model fits very well in the macrostructural model. Tensile tests with mortar specimens reinforced with continuous steel wires or meshes and PVA or polypropylene fibres were carried out. The theoretical results predicted by the model were compared with results obtained from the experimental program, and show very good agreement, confirming the validity of the theoretical model.