Propagação de trinca por fadiga do concreto reforçado com baixos teores de fibra
Marco Antonio Carnio
TESE
Português
T/UNICAMP C217p
[Fatigue crack propagation of fiber reinforced concrete with low content of fibers]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
145 p. : il.
Orientador: Itamar Ferreira
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Resumo: O concreto reforçado com fibras (CRF) é um compósito constituído de duas fases: concreto (matriz) e fibras (reforço). As fibras são elementos descontínuos de vários aspectos geométricos e materiais, destacando-se atualmente as fibras metálicas (aço) e as fibras sintéticas (polipropileno). Em...
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Resumo: O concreto reforçado com fibras (CRF) é um compósito constituído de duas fases: concreto (matriz) e fibras (reforço). As fibras são elementos descontínuos de vários aspectos geométricos e materiais, destacando-se atualmente as fibras metálicas (aço) e as fibras sintéticas (polipropileno). Em geral, os teores de fibras em volume adicionados à matriz se dividem em: baixos teores - até 0,5%; médios teores - entre 0,5% e 1% e altos teores - acima de 1%. Dentre as aplicações do CRF com baixos teores, a utilização em pavimentos de concreto é a mais significativa, cuja solicitação predominante é cíclica. O estudo da fadiga se divide em iniciação da trinca, propagação da trinca e fratura final, e a vida em fadiga (Nf) é caracterizada pela soma do número de ciclos até a fratura. Dessa forma, como no estudo da fadiga do CRF a maioria dos trabalhos se concentra na obtenção de seu comportamento por meio das curvas S-N (tensão em função do número de ciclos até a fratura), este trabalho tem como objetivo estudar experimentalmente a propagação da trinca por fadiga dos CRFs com baixos teores, por meio de ensaios de flexão em corpos-de-prova prismáticos de seção quadrada, submetidos a carga cíclica com freqüência de 20 Hz e razão de carga R = 0,1, representando seu comportamento pelas curvas da/dN-_K (taxa de propagação de trinca por fadiga em função da variação do fator de intensidade de tensão), ensaios de flexão em corpos-de-prova prismáticos de seção quadrada, submetidos a carga monotônica, representando seu comportamento pelas curvas carga monotônica-deslocamento de abertura da boca da trinca (CMOD) e o estudo macroscópico da seção fraturada desses concretos, após cargas cíclicas e monotônica para avaliação dos mecanismos de fratura da seção, visando melhor entender a contribuição dessas adições nos CRFs submetidos a cargas cíclicas. Os resultados indicam que o CRF com fibras de polipropileno de 54 mm apresenta melhor desempenho à propagação de trinca por fadiga, com comportamento equivalente aos CRFs com fibras de aço de 60 mm e que, o CRF com fibras de aço de 35 mm apresenta melhor desempenho dentre todos tipos e teores de fibras estudadas. Quanto ao comportamento à carga monotônica, o desempenho dos CRFs com fibras de aço de 60 mm se mostrou melhor dentre os estudados, desempenho esse não confirmado quanto à propagação de trinca por fadiga. Também se conclui que a ancoragem das fibras interfere no comportamento dos CRFs às cargas monotônica e cíclica, sendo que a degradação da ancoragem mecânica nas fibras de aço submetidas a cargas cíclicas penaliza mais os CRFs com fibras de aço de 60 mm quanto ao desempenho à propagação de trinca por fadiga. Na avaliação da superfície de fratura dos CRFs, verificou-se que a adição de fibras interfere nessa superfície, apresentando-se mais plana para os CRFs com fibras sintéticas e mais irregular para os CRFs com fibras de aço.
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Abstract: The fibers reinforced concrete (FRC) is a composite formed by two phases: concrete (matrix) and fibers (reinforce). The fibers are discontinuous elements of several geometric aspects and materials, currently detaching the metal fibers (steel) and the synthetic fibers (polypropylene). In...
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Abstract: The fibers reinforced concrete (FRC) is a composite formed by two phases: concrete (matrix) and fibers (reinforce). The fibers are discontinuous elements of several geometric aspects and materials, currently detaching the metal fibers (steel) and the synthetic fibers (polypropylene). In general, the contents of fibers in volume added to the matrix are separated in: low contents - up to 0.5%; medium contents - between 0.5% and 1% and high contents - above 1%. Among the applications of the FRC with low contents, the usage in concrete pavements is the most significant, which predominant request is cyclic. The study of fatigue is divided into initialization of crack, propagation of crack and final fracture and the life in fatigue (Nf) is characterized by the sum of number of cycles up to the fracture. In this way, as in the study of fatigue of FRC the majority of the work focuses on obtaining their behavior through the S-N curves (tensile due to the number of cycles up to the fracture) this work has as objective to study experimentally the fatigue crack propagation of the low contents FRC, by means of testing the flexure in prismatic samples of square section, subjected to a cyclic load of 20 Hz frequency and load ratio R=0.1, representing their behavior through the da/dN-_K curves (rate of fatigue crack propagation in lights of the variation of the intensity of the tensile), by testing the flexure in prismatic samples of square section, subjected to a monotonic load, representing their behavior through the curves monotonic load - cracking mouth opening displacement (CMOD) and the macroscopic study of the fracture section, to better understand the contribution of these additions into the FRC subjected to a cyclic load. The results indicate that the FRC with synthetic fibers of 54 mm size shows a better performance for fatigue crack propagation, with equivalent behavior as of the FRCs with steel fibers of 60 mm size and that the FRC with steel fibers of 35 mm size shows even a better performance among all types and contents of fibers studied. About the behavior of the monotonic load, the performance of the FRCs with steel fibers of 60 mm size was better among all studied behaviors, but that performance is not confirmed regarding the fatigue crack propagation. Also concludes that the anchorage of the fibers interfere in the behavior of both FRC subjected to monotonic load and cyclic load, and the degradation of the mechanic anchorage in the steel fibers, subjected to a cyclic loads punish more the FRCs with the steel fibers of 60 mm regarding to their performance of fatigue crack propagation. Evaluating the fracture surfaces of the FRC, verify that the addition of fibers interfere on these, resulting in a more flat to the FRC with synthetic fibers and more irregular to the FRCs with steel fibers.
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Ferreira, Itamar, 1952-
Orientador
Freire, Celia Marina de Alvarenga, 1960-
Avaliador
Bastos, Paulo Sergio Santos
Avaliador
Pinheiro, Libanio Miranda
Avaliador
Propagação de trinca por fadiga do concreto reforçado com baixos teores de fibra
Marco Antonio Carnio
Propagação de trinca por fadiga do concreto reforçado com baixos teores de fibra
Marco Antonio Carnio
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