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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-04032021-110133
Document
Author
Full name
Ronney Rodrigues Agra
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Figueiredo, Antonio Domingues de (President)
Rambo, Dimas Alan Strauss
Silva, Flávio de Andrade
Title in Portuguese
Influência da temperatura no comportamento do concreto com diferentes teores de fibras de aço.
Keywords in Portuguese
Concreto reforçado com fibras
Estruturas (Comportamento estrutural)
Fogo
Resistência pós fissuração
Temperaturas elevadas
Abstract in Portuguese
Medidas de proteção e combate ao incêndio de estruturas de concreto são foco de pesquisas em escala mundial. Sabe-se que a utilização de microfibras poliméricas promove redução no processo de lascamento explosivo do concreto e que sua combinação com fibras de aço promove efeitos benéficos em termos de resistência ao fogo. Entretanto, não há abordagem de normas, projetos e recomendações para o concreto reforçado com fibras (CRF) aplicado em estruturas quando sujeito a incêndio. Nesse contexto, o presente trabalho auxilia na parametrização do comportamento estrutural do CRF submetido a elevadas temperaturas, à medida que avalia a capacidade de reforço proporcionado pelas fibras de aço nestas condições. Neste estudo, o aquecimento do CRF foi realizado em forno elétrico e, também, por meio da exposição unifacial ao fogo. A avaliação do comportamento mecânico pós-fissuração das amostras submetidas a elevadas temperaturas e dosadas com teores distintos de fibras de aço (20, 35 e 70 kg/m³, o que corresponde, em volume, a 0,26%, 0,45% e 0,90%, respectivamente) foi realizada por meio dos ensaios DEWS (Double Edge Wedge Splitting) e de flexão de três pontos. Apesar da deterioração intensa da resistência à compressão do CRF, sua taxa de degradação ocorreu de forma distinta com a elevação da temperatura, em função do teor de fibras de aço empregado, de modo que amostras com baixos teores apresentaram reduções mais intensas em relação às amostras com teores elevados. A principal preocupação é quanto à resistência à tração, que é significativamente afetada em temperaturas acima de 300 ºC. No entanto, também foi constatado efeito positivo proporcionado pelo aumento do teor de fibras, de forma que diminuíram as taxas de degradação nessa propriedade. Além disso, foi constatada a influência direta do aumento do teor de fibras na capacidade resistente pós-fissuração do compósito. Com o aumento da temperatura, as fibras perderam sua capacidade de reforço e, assim, ocorreram reduções gradativas na capacidade resistente residual, de modo que após 600 °C, o CRF conservava apenas 20% e 30% da sua resistência à tração pós-fissuração associada ao estado limite de serviço (ELS) e estado limite último (ELU) respectivamente, independente do teor de fibras. Após exposição ao fogo, os valores de resistência à tração da matriz e resistência à tração pós-fissuração associados ao ELU tenderam aos resultados obtidos para a temperatura de 450°C, independente do teor de fibra empregado. Os resultados obtidos poderão ser utilizados para a elaboração de equações constitutivas e servem como dados de entrada em modelos numéricos de previsão de comportamento estrutural de elementos executados com CRF.
Title in English
Influence of temperature on the behavior of concrete with diferent fiber content.
Keywords in English
Elevated temperatures
Fire resistance
Post-crack tensile strength
Steel fiber reinforced concrete
Structural behavior
Abstract in English
Fire protection and firefighting measures for concrete structures are research topics in a worldwide scale. It is known that the use of micro-synthetic fibers reduces the occurrence of explosive spalling, and that its use with steel fibers promotes beneficial effects in terms of fire resistance. However, the current standards and recommendations do not provide an adequate approach regarding the use of fiber reinforced concrete (FRC) for structural applications under fire. In this context, the present work aids in the parameterization of the structural behavior of the FRC subjected to high temperatures, as it assesses the reinforcement capacity provided by steel fibers. The heating procedure was conducted using an electric oven, for target temperatures, and a vertical fire simulator that induced a single-surface fire exposure. The post-crack mechanical behavior of samples subjected to high temperatures and produced with different fiber contents (20, 35 and 70 kg / m³, which corresponds, in volume, to 0.26%, 0.45% and 0.90%, respectively) was performed using the DEWS (Double Edge Wedge Splitting) test and the classical three-point bending test. Despite the intense deterioration of the FRC compressive strength, the rate of degradation under temperature was reduced for higher contents of steel fibers. The main concern is related to the tensile properties, which are affected for temperatures above 300 ºC. However, the increase in fiber content mitigated the degradation rate in the tensile properties of the material. In addition, the influence of the fiber content on the post-crack behavior was characterized. As the temperature increased, the fibers lost their reinforcement capacity and a gradual reduction in the post-crack properties was verified, in which the FRC exposed to 600 °C retained only 20% and 30% of its post-cracking tensile strength at crack openings relative to service limit state (SLS) and ultimate limit state (ULS), respectively, regardless of the fiber content. After exposure to fire, the matrix tensile strength and the ULS post-crack tensile strength tended to the results obtained for the temperature of 450 ° C, regardless of the fiber content used. The results obtained may be used for the elaboration of constitutive equations and serve as input data in numerical models that aim to predict the structural behavior of FRC elements.
 
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Publishing Date
2021-03-10
 
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