O concreto de ultra-alto desempenho (UHPC, sigla em inglês) é um material que apresenta alta resistência à compressão e durabilidade. Quando reforçado com fibras de aço (UHPFRC, sigla em inglês), passa a exibir um comportamento dúctil, alta resistência à tração e à flexão. A distribuição das fibras influencia significativamente o comportamento mecânico e estrutural desse material, sendo fundamental considerá-la nos estudos experimentais e numéricos. Entretanto, experimentalmente, há poucas investigações sobre a distribuição das fibras em elementos estruturais de UHPFRC, e, numericamente, a maioria dos modelos consideram-no homogêneo, o que impossibilita representar adequadamente tal distribuição. Nesse sentido, esta pesquisa objetiva investigar experimentalmente a influência das fibras e propor um modelo numérico em elementos finitos para o UHPFRC com fibras discretizadas e embutidas na matriz. Na etapa experimental, foram realizados ensaios de caracterização do UHPC e UHPFRC (1% e 2% de fibras) e de flexão em cinco vigas produzidas a partir desses concretos, cujos resultados confirmaram melhor desempenho ao UHPFRC (tanto no âmbito material quanto no estrutural). Além disso, foi realizada a análise de imagem por fotografia de alta resolução nas vigas de UHPFRC, que revelaram uma orientação preferencial das fibras. Numericamente, para possibilitar a representação da distribuição das fibras, visando a um menor custo computacional, elas foram discretizadas como elementos de treliça embutidos nos elementos que modelam a matriz (aderência perfeita). Assim, o deslizamento relativo da interface fibra/matriz foi representado no modelo constitutivo das fibras, por meio de uma lei tensão-deformação equivalente baseada no comportamento de arrancamento da fibra. A validação dessa estratégia numérica foi realizada modelando e simulando no ABAQUS os ensaios de caracterização (tração uniaxial e flexão a três pontos) e de flexão das vigas realizados experimentalmente. De modo geral, os resultados numéricos indicaram uma boa correlação com os resultados experimentais. Contudo, algumas sugestões foram propostas a fim de aprimorar o modelo numérico proposto.

Ultra-high performance concrete (UHPC) is a material with high compressive strength and durability. When reinforced with steel fibers (UHPFRC) it becomes to exhibit a ductile behaviour and high tensile and flexural strength. Distribution of fibers significatively influences mechanical and structural behaviour of this material, and hence it has to be considered both in experimental and numerical studies. However, there are few experimental investigations on the fibers distribution in UHPFRC structural elements and, additionally, most of the numerical models consider this material as homogeneous, which makes it impossible to adequately represent such distribution. In this context, this research aims to experimentally investigate the influence of fibers distribution and to propose a numerical model by finite elements for UHPFRC with discretized and embedded fibers in the matrix. In the experimental stage, UHPC and UHPFRC (1% and 2% of fibers) were characterized as well as flexural tests were carried out in five beams produced with these concretes. The results confirmed UHPFRC has better performance both in material and structural analysis. Moreover, analysis of high resolution photographic images of UHPFRC beams revealed a preferential fibers orientation. In the numerical stage, in order to enable a representation of fibers distribution with the lowest computational cost, they were discretized as truss elements embedded in the modelling elements of the matrix (perfect bond). Thus, the relative slip of fiber/matrix interface was represented in the fibers constitutive model by means of a stress-strain equivalent law based on the pullout behaviour of fiber. This numerical strategy was validated by modelling and simulating in ABAQUS the experimental tests of characterization of material (by uniaxial tensile and three-point flexural tests) and of flexural of beams. Overall, the numerical results indicated a good correlation with the experimental results. Nevertheless, some measures were suggested in order to improve the proposed numerical model.