[pt] A presente tese de doutorado tem como origem o projeto de pesquisa Aneel
PD-0394-1905/2019, realizado a partir de uma colaboração entre Furnas e PUC-Rio. A principal meta desse grande projeto de pesquisa está no desenvolvimento do
concreto reforçado com fibras visando sua aplicação em elementos estruturais que
estão submetidos à fadiga na flexão ao longo de toda sua vida útil, como torres
eólicas, pavimentos e elementos de pontes. Dessa maneira, ao longo de todo essa
tese doutorado, a degradação mecânica do concreto reforçado com fibras sob fadiga
é analisada em detalhe desde a escala da fibra em ensaios de arrancamento até a
escala estrutural através de testes mecânicos de fadiga em larga escala. A primeira
etapa desse estudo traz uma análise do comportamento à fadiga do concreto
reforçado com fibras. A vida à fadiga desse material é estudada através de diferentes
modelos estatísticos, que garantem avaliar a falha do material baseada em uma
probabilidade falha. Já os ensaios de fadiga no arrancamento ajudam a explicar na
escala interface fibra-matriz como ocorre a ruptura dos prismas sob carregamentos
cíclicos. Uma segunda fase desse trabalho mostra a degradação mecânica de vigas
armadas sob fadiga e o impacto da adição de fibras nos principais parâmetros de
interesse. A adição do reforço fibroso é responsável por causar uma redistribuição
de tensões na zona tracionada do elemento estrutural, diminuindo as deformações
da armadura longitudinal e amenizando a degradação mecânica do concreto armado
em termos de curvatura, deslocamento e rigidez. Além disso, a adição de fibras
também é responsável por incrementar significativamente a aderência da barra de
aço ao redor da matriz de concreto. Fator chave para explicar a melhora da resposta
mecânica da estrutura sob fadiga e estudada nessa tese de doutorado através dos
ensaios de arrancamento da barra aço. Por fim, uma nova solução analítica foi
desenvolvida para avaliar a degradação mecânica dos prismas de concreto
reforçado com fibras sob fadiga. As curvas analíticas propostas se adequaram de
forma bem sucedida os resultados experimentais analisados nesse trabalho. A
adição de fibras apresentou grande potencial visando uma diminuição da
degradação mecânica das estruturas de concreto armado submetidas a
carregamentos cíclicos. A redistribuição de tensões na zona tracionada devido às
fibras promove uma maior rigidez da estrutura sob fadiga, uma melhora da
aderência da armadura e uma maior capacidade de resistir aos ciclos de fadiga ao
longo do tempo. Esse ganho mecânico com o reforço fibroso, portanto, pode
garantir maior vida útil das estruturas em concreto armado. / [en] This doctoral thesis originates from the research project Aneel PD-0394-
1905/2019, carried out through a collaboration between Furnas and PUC-Rio. The
main objective of this extensive research project is the development of fiber
reinforced concrete for distinct structural application which are subjected to
continuous flexural fatigue loading along their useful life, such wind tower
endeavors, concrete pavements and bridge elements. The addition of fibers in the
concrete mix has the potential to mitigate the mechanical deterioration along the
continuous load cycles, enhancing, as a consequence, the durability and the fatigue
life of the cited concrete structural elements. Throughout this doctoral thesis, the
mechanical degradation of fiber reinforced concrete under fatigue is carefully
analyzed, starting from the fiber scale with pull-out tests and going up to the
structural scale through large-scale fatigue mechanical tests. The first stage of this
study involves an analysis of the mechanical behavior of fiber reinforced concrete
under fatigue loading. The material fatigue life is examined using different
statistical models, which allow evaluating material failure based on a failure
probability. Fatigue pull-out tests help explain, at the fiber-matrix interface scale,
how the prisms rupture under cyclic loading. A second phase of this work
demonstrates the mechanical degradation of reinforced structural beams under
fatigue and the impact of fiber addition on key concerned parameters. The addition
of fiber reinforcement causes a redistribution of stresses in the tension zone of the
structural element, reducing the deformations of the longitudinal rebar and
mitigating the mechanical degradation of reinforced concrete in terms of curvature,
displacement and stiffness. Furthermore, fiber addition significantly improves the
bond between the steel bar and the surrounding concrete matrix, a key factor in
explaining the enhanced mechanical response of the structure under fatigue, as
studied in this doctoral thesis through rebar pull-out tests. Finally, a new analytical
solution was developed to assess the mechanical degradation of fiber reinforced
concrete prisms under fatigue loads. The proposed analytical curves successfully fit
the experimental results analyzed in this work. The addition of fibers showed great
potential in reducing the mechanical degradation of reinforced concrete structures
subjected to cyclic loading. The stress redistribution in the tension zone, caused by
the fibers, promotes greater stiffness of the structure under fatigue, improves the
bond with the reinforcement and enhances the ability to withstand fatigue cycles
over time. Therefore, the observed enhancement of mechanical properties through
fiber reinforcement can ensure a longer service life for reinforced concrete
structures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:66414 |
| Date | 11 April 2024 |
| Creators | VITOR MOREIRA DE ALENCAR MONTEIRO |
| Contributors | FLAVIO DE ANDRADE SILVA, FLAVIO DE ANDRADE SILVA, FLAVIO DE ANDRADE SILVA, FLAVIO DE ANDRADE SILVA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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