Abstract Compaction is a fundamental step in pervious concrete production and affects its mechanical and hydraulic properties. In this study, two pervious concrete mixtures were compacted with three different energies, distributed in two and three layers. The effects on porosity, mechanical strength and hydraulic conductivity were evaluated. The increase in compaction energy resulted in a proportional reduction in porosity. Increases in compressive strength from 17 to 36% were observed. However, permeability reduced proportionally, with decreases of 0.2 to 0.4 cm/s. The three-layer compaction resulted in a more homogeneous vertical distribution of porosity when compared to the two-layer compaction. Although the aggregate/cement ratio was the most influential parameter, the compaction energy should also be considered in the pervious concrete mixture design. While increasing the compaction energy enhances the mechanical strength of pervious concrete, excessive compaction may cause the fracture of the coarse aggregate, reducing its mechanical and hydraulic performance. Thus, for each mixture an optimum compaction energy can be defined to maximize the performance of pervious concrete.

Resumo A compactação é uma etapa fundamental na produção do concreto permeável e afeta suas propriedades mecânicas e hidráulicas. Neste estudo, duas misturas de concreto permeável foram compactadas com três níveis de energia, distribuídas em duas e três camadas. O efeito na porosidade, resistência mecânica e condutividade hidráulica foi analisado. O aumento da energia de compactação resultou em uma redução proporcional da porosidade. Consequentemente, um aumento da resistência à compressão de 17 a 36% foi observado. No entanto, a permeabilidade reduziu proporcionalmente, com perdas de 0,2 a 0,4 cm/s. A compactação do concreto em três camadas resultou em um perfil de distribuição vertical da porosidade mais homogêneo quando comparado à compactação em duas camadas. Embora a relação agregado/cimento tenha sido o parâmetro mais influente, a energia de compactação também deve ser levada em consideração na dosagem do concreto permeável. Embora o aumento da energia de compactação melhore a resistência mecânica do concreto permeável, a compactação excessiva pode causar a fratura do agregado graúdo, reduzindo o seu desempenho mecânico e hidráulico. Dessa forma, para cada mistura uma energia de compactação ótima pode ser definida para maximizar o desempenho do material.

Abstract The challenging task of structural design under structural safety, economic efficiency and environmental sustainability constraints has led to the development of several efficient materials. In this context, steel fiber reinforced concrete (SFRC) stands out due to the post-cracking behavior related to its enhanced toughness. Recent structural design normative codes consider this composite, suggesting good structural performance and broadening its applicability. Nevertheless, literature still lacks a comprehensive constitutive model to precisely describe its tensile behavior. This paper analyzes and compares three of the main European constitutive models, investigating factors that possibly influence their behavior. This study was conducted based on the cross-sectional analysis method, so that load-CMOD graphs could be obtained. Statistical analysis was conducted to classify the models, regarding several relevant parameters, such as mean compressive strength of the matrix and fiber volume. Results show that the constitutive law proposed by the fib Model Code shows the best performance. Also, from the set of considered parameters, ultimate tensile fibers strength presents the greatest sensitivity concerning structural post-crack behavior.

Resumo A desafiadora tarefa de projetar estruturas com segurança, eficiência econômica e sustentabilidade ambiental levou ao desenvolvimento de diversos materiais eficientes. Nesse contexto, cabe destacar o concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), dado o seu comportamento pós-fissuração propiciado pela incorporação de fibras no concreto. Códigos normativos recentes de projeto estrutural abordam esse compósito, sugerindo um bom desempenho estrutural o que colabora para ampliar a sua aplicabilidade. Apesar disso, a literatura ainda carece de um modelo constitutivo abrangente para descrever com precisão seu comportamento à tração. Este artigo analisa e compara três dos principais modelos constitutivos europeus, investigando fatores que possivelmente influenciam seu comportamento. Este estudo foi conduzido com base no método de análise de seção transversal, para que os gráficos de carga-CMOD pudessem ser plotados. Uma análise estatística foi realizada para classificar os modelos em relação a alguns parâmetros relevantes, tais como a resistência à compressão média da matriz e o volume de fibras. Os resultados mostram que a lei constitutiva proposta pela fib Model Code apresenta o melhor desempenho. Além disso, do conjunto de parâmetros considerados, a resistência à tração das fibras apresenta a maior sensibilidade com relação ao comportamento estrutural de pós-fissuração.

Abstract Shear strength in reinforced concrete (RC) beams, especially in steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams is a subject of great interest in structural engineering. In the case of beams without transverse reinforcement, the failure is explained based on a predefined crack pattern and kinematics, and the transfer of shear force accomplished through different mechanisms. Among these mechanisms, the aggregate interlock is present in most of the existing shear strength mechanical models in the literature, with divergences regarding its performance and preponderance. Thus, this paper focuses on evaluating the contribution of aggregate interlock throughout the critical crack formation process up to the ultimate load by performing bending tests on small-scale rectangular RC and SFRC beams without considering the effect of transverse reinforcement. The Digital Image Correlation (DIC) technique is used to track the patterns of shear cracks and their associated kinematics by measuring the relative displacements of opening (w) and sliding (δ). A detailed description of the shear behavior of these beams is provided by quantifying the aggregate interlock using the simplified Walraven model. The results help to understand the level of contribution of the aggregate interlock, and the main differences between structural elements of concrete with and without steel fibers in the scope of the shear strength.

Resumo A resistência à força cortante em vigas de concreto armado (CA), especialmente em vigas de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA), é um assunto de grande interesse na engenharia estrutural. No caso de vigas sem armadura transversal, a falha é explicada com base em um padrão de fissura pré-definido e sua cinemática, e a transferência da força cortante é feita por diferentes mecanismos. Dentre esses mecanismos, o engrenamento dos agregados está presente na maioria dos modelos existentes na literatura, havendo divergências quanto ao seu desempenho e preponderância. Assim, este trabalho se concentra em avaliar a contribuição do engrenamento dos agregados ao longo do processo de formação das fissuras críticas até a carga última, realizando ensaios de flexão em vigas retangulares de CA e CRFA de pequena escala sem levar em consideração o efeito da armadura transversal. A técnica de Correlação de Imagem Digital (CID) é usada para rastrear os padrões de fissuras de cisalhamento e suas cinemáticas associadas, medindo os deslocamentos relativos de abertura (w) e deslizamento (δ). Uma descrição detalhada do comportamento à força cortante dessas vigas é fornecida pela quantificação do engrenamento dos agregados, usando o modelo simplificado de Walraven. Os resultados ajudam a entender o nível de contribuição do engrenamento dos agregados e as principais diferenças entre elementos estruturais de concreto com e sem fibras de aço no âmbito da força cortante

Resumo Algumas normativas apresentam recomendações de dimensionamento ao cisalhamento de vigas de concreto reforçado com fibras, porém com diferenças entre si. Desse modo, este artigo tem como objetivo realizar o dimensionamento ao cisalhamento e análise paramétrica de vigas em concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) sem estribos, baseando-se nos métodos propostos pelaNBR 16935:2021, pelo FIB Model Code 2010, pela RILEM TC 162-TDF e pela norma alemã. Buscou-se na literatura ensaios experimentais de vigas de CRFA, com armadura longitudinal e sem estribos, para obter valores experimentais a serem comparados com as previsões fornecidas pelas normativas. Para a análise paramétrica, consultou-se trabalhos com resultados de resistência residual à tração baseados no ensaio EN 14651, ensaio similar ao indicado pela NBR 16935:2021. Os parâmetros variados foram a largura (bw), a altura útil (d) e a taxa de armadura longitudinal (ρ). Os resultados mostraram que a NBR 16935:2021 e o FIB Model Code 2010 apresentam, na média, valores característicos mais distantes dos resultados experimentais, sendo mais conservadoras em relação às demais normativas. Entre os parâmetros analisados, a taxa de armadura longitudinal apresentou a maior influência nos resultados.

Abstract Some standards present design recommendations for the shear of fiber reinforced concrete beams, but with there are differences between them. Thus, the aim of this article is to perform the shear design and parametric analysis of beams in steel fiber reinforced concrete (SFRC), without stirrups, based on the methods proposed by the recently released NBR 16935:2021, the FIB Model Code 2010, RILEM TC 162-TDF and the German standard. The study involved a literature review, researching publications of experimental tests involving SFRC beams, with longitudinal reinforcement and without stirrups, aiming to obtain experimental values to compare with the standards’ theoretical predictions of shear capacity. For the parametric analysis, the researchers sought studies with residual tensile strength results based on the EN 14651 test, which is similar to the test recommended by NBR 16935:2021. The parameters that varied were width (b w ), useful height (d) and longitudinal reinforcement ratio (ρ). The results showed that NBR 16935:2021 and the FIB Model Code 2010 present, on average, characteristic values that are far from the experimental results, being more conservative than the other standards. The longitudinal reinforcement ratio had the greatest influence on the results compared with the other analysed parameters.