Resumo Neste estudo apresenta-se o desenvolvimento e a análise do comportamento de compósitos cimentícios de elevado desempenho reforçados com fibras. O material descrito foi especificamente desenvolvido para aplicação como um substrato de transição, ou seja, camada de reparo que forma o banzo tracionado de vigas de concreto reforçadas à flexão com polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC). Dezenove diferentes compósitos foram produzidos pelo processo de hibridização. Variou-se o volume de fibras curtas e de microfibras de aço. Para analisar o comportamento do material à flexão, ensaios em três pontos em prismas entalhados foram realizados. A resposta do material foi analisada considerando-se parâmetros de tenacidade (flexional e ao fraturamento). Ficou evidenciado o elevado desempenho dos compósitos através de comportamento de pseudo-encruamento.

Abstract This study presents the development and analysis of the behavior of high performance cementitious compounds reinforced with fibers. The material described was specifically developed for its application as a transition substrate, meaning, a repair layer that forms the tensed span of the flexion reinforced concrete beams with carbon fiber reinforced polymers (CFRP). Nineteen different compounds were produced by the hybridization process. The volume of the short fibers and of the steel microfibers varied. To analyze the behavior of the flexural material, tests were done in three points in tests tubes with their notches. The response of the material was analyzed considering the tenacity parameters (to flexion and fracture). The high performance of the compounds through the behavior of pseudo-hardening was confirmed.

Resumen Este estudio muestra el desarrollo y análisis del comportamiento de los materiales compuestos de cemento reforzado con fibras de alto rendimiento. El material descrito se desarrolló específicamente para su aplicación como sustrato de transición, o capa de reparación de la formación de la brida tensada vigas de hormigón reforzado con polímeros de flexión reforzado con fibras de carbono (PRFC). Diecinueve compuestos diferentes fueron producidos por el proceso de hibridación. Se varió la cantidad de fibras cortas y microfibras de acero. Para analizar el comportamiento de los ensayos de flexión en tres puntos materiales prismas se realizaron Jagged. La respuesta del material se analizó teniendo en cuenta parámetros de tenacidad a la flexión y (fractura). Materiales compuestos de alto rendimiento evidencia a través de un comportamiento pseudo- endurecimiento.

Este estudo apresenta o desenvolvimento e a análise do comportamento de compósitos cimentícios de elevado desempenho armado com fibras. O material descrito foi especificamente desenvolvido para aplicação como um substrato de transição: uma camada de transição que forma o banzo tracionado de vigas de concreto armado reforçadas à flexão com polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC). Dezenove diferentes compósitos foram produzidos pelo processo de hibridização, variando o volume de fibras curtas convencionais de aço e microfibras de aço (produzidas especificamente para este estudo) para modificar a microestrutura do material numa tentativa de melhorar o processo de transferência das tensões da matriz para as fibras. Para analisar a resposta do material à flexão, os compósitos foram submetidos a ensaios de flexão em três pontos em corpos de prova prismáticos com entalhe central. A resposta do material foi obtida considerando-se parâmetros de resistência e de tenacidade (flexional e ao fraturamento). Ficou evidenciado o elevado desempenho dos compósitos com um comportamento de pseudo-encruamento.

This study presents the development and behavior analysis of high performance fiber reinforced cement composites (HPFRCC). The describedmaterials were specifically developed for application as a transition layer: a repair layer that constitutes the stressed chord of reinforcedconcrete beams strengthened in flexure with carbon fiber reinforced polymers (CFRP). Nineteen different composites were produced by thehybridization process, varying the conventional short steel fiber and steel microfiber (manufactured exclusively for this research) contentsto modify the microstructure of the material, thus enhancing the stress transfer process from the cement matrix to the fibers. To analyze theresponse to flexural loading, the composites underwent three point bending tests in notched prism specimens. The response of the materialwas obtained considering strength and tenacity parameters (flexural and fracture). There was evidence of high performance by the composites with a pseudo-hardening behavior.

Resistência à corrosão, elevada resistência à tração, baixo peso, facilidade e rapidez de aplicação, são algumas das características interessantes que têm contribuído para a disseminação da técnica de reforço caracterizada pela colagem de polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC) em elementos estruturais de concreto. Nesta pesquisa propõe-se uma inovação construtiva fundamentada no desenvolvimento de um compósito de alto desempenho à base de cimento Portland e fibras de aço (macro + microfibras), destinado a constituir o que está sendo preliminarmente chamado de "substrato de transição". A finalidade desse substrato é controlar melhor a fissuração do concreto da viga e retardar ou até evitar o desprendimento prematuro do reforço polimérico. Foram realizados ensaios específicos visando à obtenção de um compósito cimentício com características apropriadas para constituir o substrato de transição. Os resultados e as análises efetuadas mostram que foi possível desenvolver um material de elevado desempenho, traduzido por um comportamento de pseudo-encruamento, com elevados ganhos de resistência e tenacidade ao fraturamento. A aplicação do reforço com manta sobre a superfície do substrato de transição, formado a partir da reconstituição do banzo tracionado da viga com o compósito cimentício que foi desenvolvido, mostrou melhorar significativamente os níveis de desempenho da peça reforçada. Comprovou-se a eficiência da técnica de reforço proposta, além de reunir uma série de informações que podem ser exploradas para se tornarem úteis como critérios de projeto de estruturas recuperadas e reforçadas.

Resistance to corrosion, high tensile strength, low weight, easiness and rapidity of application, are characteristics that have contributed to the spread of the strengthening technique characterized by bonding of carbon fibers reinforced polymer (CFRP). This research aimed to develop an innovate strengthening method for RC beams, based on a high performance cement-based composite of steel fibers (macro + microfibers) to be applied as a transition layer. The purpose of this transition layer is better control the cracking of concrete and detain or even avoid premature debonding of strengthening. A preliminary study in short beams molded with steel fibers and strengthened with CFRP sheet, was carried out where was verified that the conception of the transition layer is valid. Tests were developed to get a cement-based composite with adequate characteristics to constitute the layer transition. Results showed the possibility to develop a high performance material with a pseudo strain-hardening behavior, high strength and fracture toughness. The application of the strengthening on the transition layer surface had significantly to improve the performance levels of the strengthened beam. It summary, it was proven the efficiency of the new strengthening technique, and much information can be used as criteria of projects for repaired and strengthened structures.

Neste trabalho, apresenta-se a metodologia utilizada e os resultados da análise do comportamento de vigotas armadas e reforçadas externamente à flexão com manta de PRFC (polímeros reforçados com fibras de carbono). Avalia-se o comportamento do reforço de vigotas de concreto comum e compara-o com o do reforço de vigotas moldadas com um compósito cimentício à base de argamassa e fibras curtas de aço. O objetivo principal foi investigar a influência do compósito cimentício (escolhido sem maiores critérios) sobre o comportamento e o modo de ruína das vigotas reforçadas. Para tanto, uma série de ensaios de flexão em três pontos em seis vigotas foi conduzida, além dos ensaios de caracterização dos materiais: ensaios de flexão em três pontos em corpos-de-prova prismáticos entalhados, ensaios de tração em barras de aço e ensaios de compressão axial em corpos-de-prova cilíndricos. Adicionalmente, uma análise de elementos finitos foi desenvolvida com objetivo de comparar os resultados obtidos com os experimentais. O ganho de tenacidade e de resistência à fissuração provocou mudanças significativas no desempenho da vigota moldada com fibras e reforçada quando comparada com a vigota reforçada de concreto comum.

In this study we present the methodology and the results from the analysis of behavior of reinforced beams and externally strengthened until the flexural with sheet of CFRP (carbon fiber reinforced polymer).The strengthening behavior of common concrete beams is analyzed and compared with the strengthening of beams molded with mortar cement composite and short steel fibers. The main objective was to investigate the influence of cement composite (chosen without major criteria) on the behavior and failure mode of the strengthened beams. Flexural tests in three points of six beams and characterization tests of materials (flexural tests in three points in engraved prismatic bodies-of-proof, strain tests in steel bars and axial compression tests in cylindrical bodies-of-proof) were carried out. In addition, a finite element analysis has been performed to compare to experimental results. The increase of toughness and crack strength lead to significant changes in the structural behavior of beams with fibers and strengthened when compared to strengthened common concrete beams.

Neste trabalho, estudou-se o efeito da hibridização em compósitos cimentícios numa tentativa de modificar o material em sua microestrutura e melhorar o processo de transferência de tensões da matriz cimentícia para as fibras de aço. Para tanto, fibras curtas e microfibras de aço foram adicionadas a uma matriz cimentícia de argamassa para confecção de corpos-de-prova prismáticos entalhados e com dimensões de 150 mm x 150 mm x 500 mm. Os corpos-de-prova foram submetidos a ensaios de flexão com carga no meio do vão sob o controle dos deslocamentos de abertura da entrada do entalhe (CMOD). O desempenho dos compósitos híbridos foi comparado ao dos compósitos produzidos somente com a adição da fibra curta de aço e também ao da matriz sem fibras. Os resultados foram analisados considerando-se os parâmetros de tenacidade flexional e tenacidade ao fraturamento do material. O processo de hibridização permitiu obter compósitos de alto desempenho.

In this work, the hybridization effect in cimentitious composites is studied in an attempt to modify the material and to improve the process of transference of stress of the matrix to steel fibers. Steel short fibers and steel microfibers were used in a mortar matrix for production of notched beams of 150 mm x 150 mm cross section with a length of 500 mm. Tests in beams under three point loading were conducted with crack mouth opening displacement (CMOD) control. The performance of the hybrid composites were compared with the performances of steel short fibre composites and matrix. The results were analised considering the flexional toughness and fracture tougheness parameters. The hybridization process have shown to have a satisfactory behavior translated for a strain hardening.