Este trabalho apresenta uma nova formulação numérica para a distribuição e orientação das fibras em elementos de Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) baseada em resultados experimentais presentes na literatura. O modelo proposto considera diversos aspectos, como ponto de concretagem, efeito parede e segregação de fibras. Simulações numéricas foram feitas para verificar a influência da distribuição e orientação das fibras na resposta mecânica de ensaios de flexão em três pontos (EN 14651), flexão em quatro pontos e punção em lajes, utilizando-se um modelo em elementos finitos com representação discreta e explícita das fibras de aço. Foi empregado um modelo constitutivo para o concreto baseado na mecânica do dano contínuo, enquanto que o comportamento das fibras foi representado por um modelo elastoplástico. A interface fibra-matriz foi descrita por um modelo de dano utilizando parâmetros de bond-slip calibrados com base em ensaios experimentais. Ensaios EN 14651 foram simulados numericamente variando-se o ângulo médio de inclinação das fibras e os resultados numéricos foram utilizados para o dimensionamento de vigas de CRFA ao esforço cortante de acordo com o fib Model Code 2010. Os resultados mostraram que pode haver uma diferença de cerca de 19% de resistência ao cortante, apenas com a variação da orientação das fibras no ensaio de flexão em três pontos. Vigas de concreto com armadura de flexão, sem estribos e com fibras de aço foram simuladas numericamente, utilizando-se diferentes níveis de segregação de fibras. Os resultados mostraram que as fibras proporcionaram maior ductilidade às vigas e a segregação de fibras induziu à formação de uma quantidade maior de fissuras. Ensaios de punção em lajes foram simulados numericamente utilizando-se distribuições uniformes e não uniformes definidas pelo ponto de concretagem, bem como com ou sem segregação de fibras. Os resultados mostraram que as lajes concretadas pelo centro apresentaram resistência maior que as concretadas pelo canto, que por sua vez apresentaram resistência maior do que as lajes com distribuição uniforme de fibras. Além disso, a segregação de fibras proporcionou maior resistência às lajes.

This work presents a new numerical formulation for the distribution and orientation of fibers in Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) elements based on experimental results found in the literature. The proposed model considers several aspects, such as pouring point, wall effect and fiber segregation. Numerical simulations were performed to verify the influence of fiber distribution and orientation on the mechanical response of three-point bending tests (EN 14651), four-point bending and punching tests on slabs, using a finite element model with discrete and explicit representation of steel fibers. A constitutive model for concrete based on continuum damage mechanics was employed, while the behavior of the fibers was represented by an elastoplastic model. The fiber-matrix interface was described by a damage model using calibrated bond-slip parameters based on experimental tests. EN 14651 tests were numerically simulated by varying the average angle of inclination of the fibers and the numerical results were used for the design of SFRC beams to shear according to the fib Model Code 2010. The results showed that there may be a difference of about 19% of shear resistance, only with the variation of the fiber orientation in the three-point bending test. Concrete beams with bending reinforcement, without stirrups and with steel fibers were simulated numerically, using different levels of fiber segregation. The results showed that the fibers provided greater ductility to the beams and the fiber segregation induced the formation of a greater amount of cracks. Punching tests on slabs were numerically simulated using uniform and non-uniform distributions defined by the pouring point, as well as with or without fiber segregation. The results showed that the slabs concreted at the center presented greater resistance than those concreted at the corner, which in turn presented greater resistance than the slabs with uniform fiber distribution. In addition, the fiber segregation provided greater resistance to the slabs.