Resumo Este artigo faz uma verificação de vigas de concreto armado reforçadas com fibras de aço (CARF) seguindo as recomendações do fib Model Code 2010 (MC 2010). Os modelos de cálculo são comparados com os resultados experimentais de vigas de concreto armado reforçadas com 20 kg/m3 e 60 kg/m3 de fibras de aço, submetidas a ensaios de flexão em quatro pontos. Na primeira parte é descrito o procedimento para a classificação e caracterização do material. São apresentados os resultados dos ensaios à flexão em três pontos de vigas entalhadas de concreto reforçado com fibras de acordo com as prescrições da EN 14651. Além disso, é realizada a caracterização das vigas de CRF seguindo as recomendações do MC 2010. Na segunda parte é realizada a verificação à flexão das vigas de CARF seguindo os procedimentos de cálculo recomendados pelo MC 2010. É feita uma análise seccional pelo método das lamelas para a obtenção das curvas momento-curvatura e força-deslocamento vertical. Os resultados são comparados com os valores experimentais. Além disso, é realizada uma análise estatística linear a partir da Regra da Mistura (Rule of Mixture) para verificar a variação da resistência à flexão das vigas em função da quantidade de fibras incorporadas no concreto. Os resultados demonstraram que os procedimentos de cálculo descritos no MC 2010 estão a favor da segurança. A determinação da resistência à flexão de concretos com diferentes teores de fibras pode ser obtida a partir da Regra da Mistura, que mostrou um alto grau de correlação R2 em relação aos valores experimentais.

Abstract This paper carries out a design analysis of reinforced concrete beams with steel fibers following the fib Model Code 2010 (MC 2010) procedures. The values obtained from the design calculations are compared with the experimental results of reinforced concrete beams with 20kg/m3 and 60 kg/m3 of steel fibers submitted to four-point bending tests. In the first part, the procedures for the classification and characterization of the material are explained. The experimental results of three-point bending tests performed on notched steel fiber reinforced concrete (FRC) beams following EN 14651 procedures are described. Moreover, the characterization of the FRC beams according to MC 2010, are carried out. In the second part, the flexural design of reinforced concrete beams with steel fibers, according to MC 2010, is carried out. A sectional analysis is performed in order to obtain the moment-curvature and the force-vertical displacement curves. The theoretical values are compared with the experimental results. Besides, a linear statistic analysis by means of the Rule of Mixture is carried out in order to analyze the variation of the flexural capacity of the reinforced beams with different amounts of steel fibers. The results demonstrated that the design rules described in the MC 2010 are on the safe side. The flexural resistance of concretes with different amounts of fiber incorporation can be determined by the Rule of Mixture, which has shown a high correlation factor (R2) with the experimental values.

RESUMO Este artigo faz uma análise dos recentes avanços nas pesquisas das propriedades do CUADRF e dos seus procedimentos normativos. O CUADRF pode ser definido como um novo material, com propriedades muito superiores (grande ductilidade, baixíssima permeabilidade, altíssima capacidade resistente à compressão e elevada tenacidade) às do concreto convencional. O conhecimento das propriedades mecânicas e do material do CUADRF é importante para que todo o seu potencial seja plenamente utilizado. Entretanto, como este é um novo material, as recomendações normativas atuais não são plenamente válidas. Na primeira parte, as seguintes propriedades do material são descritas: processo de hidratação; permeabilidade; efeito dos diferentes tipos de fibras; definição do traço; aderência entre as fibras e o concreto; trabalhabilidade; procedimentos de mistura; e cura. Na segunda parte, as propriedades mecânicas e algumas recomendações normativas são discutidas. Neste caso são examinados o efeito escala, a resistência à compressão e à flexão, a relação tensão-deformação à tração, a força de cisalhamento e de punção, a fluência e a retração, a energia de fratura, a ancoragem e aderência das barras de aço. Além disso, são descritos alguns métodos de análise inversa para a caracterização do material à tração por meio de ensaios à flexão. Na última parte, é analisado o comportamento do concreto em alta temperatura, incluindo as suas transformações físico-químicas, o efeito de lascamento (“spalling”) e a fluência transiente. Neste último caso, um novo modelo semi-empírico de fluência, baseado no conceito de deformação térmica induzida pelo carregamento ou LITS (Load induced Thermal Strain) é apresentado e comparado com resultados experimentais de CUAD.

ABSTRACT This paper does a review of the recent achievements on the knowledge of UHPFRC properties and in the development of design procedures. UHPFRC is defined as a new material, with unique properties (high ductility, low permeability, very high strength capacity in compression, higher toughness) in comparison to conventional concrete. It is important to know both material and mechanical properties to fully take advantage of its outstanding properties for structural applications. However, since this is a new material, the current design codes are not well suited and should be reviewed before being applied to UHPFRC. In the first part, the following material properties are addressed: hydration process; permeability; fibers role; mix design; fiber-matrix bond properties workability; mixing procedure; and curing. In the second part, the mechanical properties of the material are discussed, together with some design recommendations. The aspects herein examined are: size effect; compressive and flexural strength; tensile stress-strain relation; shear and punching shear capacity; creep and shrinkage; fracture energy; steel bars anchorage and adherence. Besides, the tensile mechanical characterization is described using inverse analysis based on bending tests data. In the last part, material behavior at high temperature is discussed, including physical-chemical transformations of the concrete, spalling effect, and transient creep. In the latter case, a new Load Induced Thermal Strain (LITS) semi-empirical model is described and compared with UHPC experimental results.

RESUMOO comportamento quase-frágil, dependente da taxa de carregamento do concreto, caracterizado pelo desenvolvimento de uma zona de processos de fratura (ZPF) ao redor do fronte da trinca, pode ser representado por uma lei visco-coesiva. Neste trabalho, um modelo visco-coesivo proposto em um artigo anterior foi avaliado para um grupo de vigas de concreto de alta resistência carregados com taxas variando de 10-5 mm/s a 10+1 mm/s. Desenvolveu-se um software para a determinação automática dos parâmetros do modelo visco-coesivo utilizando-se curvas da relação carga versus deslocamento no ponto de aplicação (P- ) obtidas em ensaios com vigas prismáticas ranhuradas carregadas em três pontos (Three-Point-Bend Test), com taxas de carregamento variadas. A estratégia permitiu a análise de sensibilidade dos parâmetros relacionados com o comportamento viscoso. A análise dos resultados demonstrou que o modelo visco-coesivo proposto no artigo ainda pode ser aperfeiçoado para melhor simular o processo de fraturamento coesivo dependente da taxa de carregamento.

ABSTRACTThe quasi-brittle, loading rate dependent behaviour of the concrete, characterized by a fracture process zone (FPZ) ahead of the crack front, can be described through a viscous-cohesive model. In this paper, a viscous cohesive model proposed in a former paper is evaluated for a group of high strength concrete beams loaded at rates from 10-5 mm/s to 10+1 mm/s. A software has been developed to enable the automatic determination of the viscous-cohesive model parameters through inverse analysis on load-versus loading-point displacement (P-d) from threepoint bend tests on notched prismatic specimens. The strategy allowed the sensitivity analysis of the parameters related to viscous behaviour. The analysis of results shows that the formerly proposed model can be improved for a better simulation of the loading rate dependence on the cohesive fracture process.

Este artigo corresponde à segunda parte de trabalho visando à avaliação de modelos de projeto de estruturas de concreto armado reforçadas com Polímeros Reforçados com Fibras de Carbono (PRFC). São avaliados modelos de cisalhamento correspondentes às recomendações ACI-440 e fib-14, além de outros modelos mais recentes, disponíveis na literatura. Esses modelos foram aplicados na análise de oito vigas "T" reforçadas ao cisalhamento com tiras de PRFC. Diferentes tipos de compósitos de fibras de carbono (tecidos e laminados) disponíveis no mercado brasileiro, de diferentes fabricantes, foram aplicados neste estudo. Os resultados obtidos indicam um ganho de capacidade resistente e ductilidade das vigas reforçadas, a partir do mecanismo de ancoragem usado nas tiras de PRFC, e que nenhum dos modelos analíticos testados foi capaz de reproduzir satisfatoriamente o comportamento estrutural observado nos experimentos.

This paper corresponds to the second part of a work intended to evaluate the design models of reinforced concrete structures strength- ened with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP). The shear models analyzed correspond to the guidelines ACI 440 and fib-14, as well as more recent formulations, available in the literature. Such models were applied to eight "T" beams strengthened to shear with CFRP composites strips. Different types of carbon fiber composites (sheets and laminates), from different manufacturers, available in the Brazilian market, were applied. The analyses indicate that anchorage mechanism helps increasing load capacity and ductility and that none of the tested analytical models were capable of reproducing satisfactorily the observed behavior of the tested beams.