Tese de Doutoramento - Civil EngineeringFibre reinforced self-compacting concrete (FRSCC) is a novel type of concrete containing
discrete elements, which enhance the concrete’s post-cracking properties. For structural
applications, commonly, it contains short discrete steel fibres that are randomly
distributed and oriented. Fibre reinforcement can be consider as an alternative to
conventional steel bars in order to improve the structural efficiency as well as the in-situ
working conditions. Although, in the last decades, fibres were mainly applied in nonstructural
elements or even to control early thermal cracking, and plastic or drying
shrinkage, they can be used toreduce or even replace the ordinary steel reinforcements in
structural concrete elements. In the laminar structures with lower safety requirements
such as grade slabs, nowadays, fibres can already be considered as an alternative in order
to replace the ordinary bars completely.
One of the most important benefits of steel fibre reinforced concrete, SFRC, is the
durability improvement, as a consequence of its improved post-cracking properties. For a
cracked section, under a sustained load, the time-dependent crack widening has been
attributed to two mechanisms: fibre pull-out process and time-dependent fibre creep.
Creep is a visco-elastic phenomenon, which mainly occurs in the viscous hydrated
cement paste. This may be a concern, since steel fibre reinforced self-compacting
concrete (SFRSCC) has a high binder content, in part to attain its self-compactibility.
Thus SFRSCC may exhibit a relatively high deformability due to long-term loads.
The present work aims to increase knowledge within this research area. The main
purpose was to achieve as much as possible a consistent comprehension of the behaviour
of this material under monotonic and long-term (in the cracked state) loading conditions.
Therefore, in the first phase, an experimental campaign was executed in order to
understand how fibres were distributed and oriented in SFRSCC laminar structures, and,
furthermore, how these parameters influence the overall composite behaviour at a macrolevel.
Then, the micro-mechanical aspects of fibre reinforcements were analysed by
performing a series of monotonic and long-term fibre pull-out tests. Finally, based on the
fibre’s micro-mechanical properties, an integral approach was used to predict the flexural
behaviour of SFRSCC laminar structures under monotonic and long-term loading
conditions.Betão auto-compactável reforçado com fibras (BACRF) é um material relativamente recente
contendo elementos de reforço discretos, os quais contribuem para o melhoramento das
propriedades pós-fissuradas do material. Para aplicações estruturais, usualmente, são
utilizadas fibras de aço distribuídas e orientadas aleatoriamente. A aplicação das fibras
discretas pode ser encarada como uma alternativa viável ao uso de armadura convencional,
fomentando a eficiência estrutural e melhorando as condições de trabalho in-situ. No entanto,
nas últimas décadas, as fibras têm sido principalmente utilizadas com um propósito nãoestrutural,
para o controlo da fissuração devida ao calor de hidratação, retração plástica e por
secagem;as fibras podem ser uma alternativa plausível para a redução ou eliminação da
armadura convencional em estruturas de betão armado. Em estruturas laminares com menores
exigências do ponto de vista estrutural, como por exemplo lajes / pavimentos térreos, o uso de
fibras, atualmente, já é encarado como uma alternativa viável à armadura convencional.
Uma das maiores vantagens do betão reforçado com fibras aço, BRFA, é a sua
durabilidade, que advém do seu comportamento melhorado no regime pós-fissurado. Para
uma secção fissurada submetida a uma carga constante, a evolução da abertura da fissura com
o tempo é atribuída a dois mecanismos, nomeadamente, o arrancamento da fibra e a fluência
da mesma ao longo do tempo. A fluência é um fenómeno visco-elástico que ocorre
principalmente na pasta de cimento hidratada. No caso de betões auto-compactáveis, tal facto
pode ser uma preocupação dado que este tipo de betões têm uma quantidade elevada de
ligante, em parte para cumprir requisitos de auto-compactibilidade. Por esta razão, os betões
auto-compactáveis poderão exibir uma elevada deformabilidade ao comportamento diferido
quando sujeitos a cargas constantes.
Com este trabalho pretende-se aumentar o conhecimento do comportamento diferido
de BACRF no regime pós-fissurado. Numa primeira fase estudou-se a distribuição e
orientação das fibras em estruturas laminares de BACRF, e como esses parâmetros
influenciam o comportamento mecânico do compósito. Posteriormente, o comportamento
micro-mecânico das fibras foi estudado através se uma série de ensaios de arrancamento
monotónicos e diferidos no tempo. Finalmente, com base nos ensaios de arrancamento, é
proposta uma abordagem integrada para prever o comportamento de estruturas laminares de
BACRF em flexão sob ação de cargas monotónicas e diferidas no tempo