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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30360| Título: | Resistência ao cisalhamento de vigas de concreto com adição de fibras de polietileno de alta densidade |
| Título(s) alternativo(s): | Shear strength of concrete beams with high-density polyethylene fibers addition |
| Autor(es): | Neckel, Rafael Matheus |
| Orientador(es): | Savaris, Gustavo |
| Palavras-chave: | Cisalhamento Concreto - Aditivos Vigas de concreto Shear (Mechanics) Concrete - Aditives Concrete beams |
| Data do documento: | 25-Nov-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Toledo |
| Citação: | NECKEL, Rafael Matheus. Resistência ao cisalhamento de vigas de concreto com adição de fibras de polietileno de alta densidade. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2022. |
| Resumo: | O uso de fibras para incrementar as propriedades mecânicas do concreto vem sendo estudado ao longo de várias décadas. Sabe-se que as fibras atuam absorvendo as tensões no interior do concreto, contendo o avanço da fissuração. Todavia, a compreensão acerca dos mecanismos de transferência de tensões ainda é insuficiente para quantificar a contribuição das fibras para a resistência ao cisalhamento do concreto. Além disso, o uso de fibras reduz a trabalhabilidade do concreto, o que pode ocasionar outros problemas estruturais. Sendo assim, o presente estudo visa determinar a resistência ao cisalhamento de vigas de concreto reforçado com fibras de polietileno de alta densidade (PEAD), de maneira a verificar seu comportamento pós-fissuração. Deste modo, foram moldadas vigas de concreto sem armadura transversal e teores de fibras correspondentes a 0,0%, 1,5% e 3,0% do volume de concreto. A resistência foi avaliada empregando o ensaio de flexão a três pontos, sendo também utilizada a metodologia de correlação de imagens digitais para avaliar o processo de fissuração. A presença de fibras afetou a trabalhabilidade do concreto, apresentando abatimento de 80 mm para o concreto com 1,5% e 0 mm para o concreto com 3,0%, ambos com incremento de 0,1% de aditivo superplastificante, necessitando realizar o adensamento mecânico das vigas, enquanto para o concreto de referência o abatimento foi de 90 mm sem adição de superplastificante. Verificou-se que o concreto com 1,5% apresentou um acréscimo na resistência à compressão de 2,91% quando comparado ao concreto comum, enquanto o concreto com 3,0% exibiu um decréscimo de resistência de 16,58%. Analogamente, no módulo de elasticidade houve um aumento de 3,25% no concreto com 1,5% e redução de 2,41% no concreto com 3,0%. Na resistência à tração, em ambos os casos o CRF apresentou resistência inferior ao concreto comum, havendo redução de 1,37% no concreto com 1,5% e 33,34% no concreto com 3,0%. Já em relação à resistência ao cisalhamento, o concreto com 1,5% apresentou decréscimo de 9,07% em relação ao concreto de referência enquanto houve um aumento de 16,67% para o concreto com 3,0%. Verificou-se que as fibras atuaram no controle da fissuração durante a ruptura, apresentando aberturas de 3,785 mm no concreto comum, 1,768 mm no concreto com 1,5% e 4,966 mm no concreto com 3,0%. Ademais, em ambos os traços de CRF as aberturas ocorreram menos bruscamente que no concreto de referência, garantindo maior tempo até a ruptura do elemento. Apenas três das oito equações para estimativa da força cortante última se aproximam dos resultados experimentais o que indica a necessidade de mais estudos para estimar a resistência ao cisalhamento para concreto com fibras poliméricas. Sendo assim, pode-se concluir que a adição de fibras de PEAD não contribui para o aumento da resistência à tração, mas garante um comportamento pós-fissuração, enquanto para a resistência à compressão, somente contribui com adição de moderados teores e para a resistência ao cisalhamento contribui apenas para elevados teores. Contudo, quando comparadas as três resistências e perda de trabalhabilidade, torna-se inviável utilizar este tipo de fibra como reforço estrutural. |
| Abstract: | The usage of fibers to increase the mechanical properties of concrete has been studied for several decades. It is known that the fibers act by absorbing the tensions inside the concrete, containing the cracking advance. However, the understanding of the stress transfer mechanisms is still insufficient to quantify the contribution of fibers to the shear strength of concrete. In addition, the use of fibers reduces the workability of concrete, which can cause other structural problems. Therefore, the present study aims to determine the shear strength of concrete beams reinforced with high-density polyethylene (HDPE) fibers, in order to verify their post-cracking behavior. Thus, concrete beams will be molded without transverse reinforcement and fiber contents corresponding to 0.0%, 1.5% and 3.0% of the concrete volume. The shear strength will be evaluated using the three-point bending test, also the digital image correlation methodology was used to evaluate the cracking process. The presence of fibers affected the workability of the concrete, presenting the slump of 80 mm for the concrete with 1.5% and 0 mm for the concrete with 3.0%, both with 0,1% of water reducer additive, requiring mechanical consolidation of the beams, while the slump for plain concrete was 90 mm without water reducer addition. It was verified that the concrete with 1.5% presented an increase in the compressive strength of 2.91% when compared to the plain concrete, while the concrete with 3.0% exhibited a decrease of strength of 16.58%. Analogously, in the modulus of elasticity there was an increase of 3.25% in the concrete with 1.5% and a reduction of 2.41% in the concrete with 3.0%. In terms of tensile strength, in both cases the FRC showed lower strength than plain concrete, with a reduction of 1.37% in concrete with 1.5% and 33.34% in concrete with 3.0%. Regarding the shear strength, the concrete with 1.5% showed a decrease of 9.07% in relation to the plain concrete while there was an increase of 16.67% for the concrete with 3.0%. It was found that the fibers acted to control cracking during failure, showing openings of 3.785 mm in plain concrete, 1.768 mm in concrete with 1.5% and 4.966 mm in concrete with 3.0%. Moreover, in both FRC mixes, the openings occurred less abruptly than in the reference concrete, guaranteeing a longer time until the element failure. Only three of the eight equations used to estimate the ultimate shear force approximate to the experimental results, which indicate the need for further studies in order to estimate the shear strength of polymeric-fiber reinforced concrete. Thereby, it can be concluded that the addition of HDPE fibers does not contribute to the increase in tensile strength, but guarantees a post-cracking behavior, while for the compressive strength, it only contributes with the addition of moderate levels and for the shear strength only contributes to high grades. However, when comparing the three resistances and loss of workability, it becomes impracticable to use this type of fiber as structural reinforcement. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30360 |
| Aparece nas coleções: | TD - Engenharia Civil |
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