Resistência ao cisalhamento de vigas de concreto autoadensável com adição de fibras de aço
DOI:
https://doi.org/10.5433/1679-0375.2021v42n1p45Palavras-chave:
Concreto autoadensável, Fibras de aço, Resistência ao cisalhamento, Vigas. Concreto estrutural.Resumo
A utilização do concreto autoadensável tem crescido nas últimas décadas devido à diversos motivos, sendo os principais a elevada fluidez, que dispensa a utilização de vibradores mecânicos, a facilidade de concretagem e a maior qualidade do concreto, resultado do melhor adensamento, permitindo a concretagem em peças esbeltas e com maior taxa de armadura. Entretanto, mesmo sendo o concreto autoadensável, apresenta ruptura frágil, baixa resistência à tração e ao cisalhamento, fatores que podem ser amenizados com a utilização de fibras de aço. Para avaliar a resistência ao cisalhamento em vigas de concreto autoadensável com adição de fibras, este estudo apresenta dados coletados na literatura de 113 ensaios experimentais. Utilizando o método estatístico Raiz do Erro Quadrático Médio (RMSE) e a Classificação por Pontos de Demérito de Collins (DPC), foram avaliadas a aplicabilidade de cinco equações normativas e dez equações desenvolvidas em estudos experimentais para a estimativa da resistência ao cisalhamento de vigas de concreto convencional. Os resultados mostram que, diferente do concreto sem adição de fibras, o aumento do diâmetro do agregado diminui a resistência ao cisalhamento quando adicionadas fibras no CAA. Entretanto, o aumento do volume de fibras corresponde à um aumento da resistência ao cisalhamento em concretos com resistência à compressão inferiores a 50 MPa. Os resultados demonstram que o método RMSE é indicado para análise da precisão, mas não da segurança das equações de estimativa de resistência ao cisalhamento, que é melhor avaliada pela DPC. As equações de estimativa da resistência ao cisalhamento propostas em normas apresentaram resultados com satisfatória margem de segurança e economia, podendo ser empregadas no dimensionamento de estruturas.
Downloads
Referências
ACI - AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Building code requirements for reinforced concrete and commentary (ACI 318-14). Farmington Hills: ACI, 2014.
ADAM, M. A.; SAID, M.; EKKARIB, T. M. Shear performance of fiber reinforced self compacting concrete deep beams. International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET), [s. l.], v. 7, n. 1, p. 25-46, 2016.
ALTAAN, S. A.; AL-NEIMEE, Z. S. Shear strength of steel fibre self-compacting reinforced concrete beams. In: INTERNATIONAL CONFERENCE CONCRETE IN THE LOW CARBON ERA, 2012, Dundee, UK. Proceedings […]. Dundee, UK: University of Dundee, 2012.
AOUDE, H.; COHEN, M. Shear response of sfrc beams constructed with scc and steel fibers. Electronic Journal of Structural Engineering, [s. l.], v. 14, 2014.
ASHOUR, S. A.; HASANAIN, G. S.; WAFA, F. F. Shear behavior of high-strength fiber reinforced concrete beams. ACI Structural Journal, Detroit, v. 89, n. 2, p. 176-184, 1992.
ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8953: concrete for structural use - Density, strength and consistence classification. Rio de Janeiro: ABNT, 2015.
AFGC - ASSOCIATION FRANÇAISE DE GÉNIE CIVIL. Bétons fibrés à ultra-hautes performances: recommandations provisoires. Paris, France: AFGC, 2013.
BENTUR, A.; MINDESS, S. Fibre reinforced cementitious composites. New York: Elsevier Applied Science, 1990.
COLLINS, M. P. Evaluation of shear design procedures for concrete structures. Ottawa: CSA Technical Committee on Reinforced Concrete Design, 2001.
CNR -DT - NATIONAL RESEARCH COUNCIL; ADVISORY COMMITTEE ON TECHNICAL RECOMMENDATION. Guide for the design and construction of fiber-reinforced concrete structures. Rome, Italy: C, 2007.
CUENCA, E.; ECHEGARAY-OVIEDO, J.; SERNA, P. Influence of concrete matrix and type of fiber on the shear behavior of self-compacting fiber reinforced concrete beams. Composites Part B: Engineering, [s. l.], v. 75, n. 15, p. 135-147, June 2015. doi: 10.1016/j.compositesb.2015.01.037
DEUTSCHER AUSSCHUSS FÜR STAHLBETON. DAFSTB: richtlinie stahlfaserbeton. Berlin, Germany: DAFSTB, 2013.
DING, Y. ; ZHANG, F.; PACHECO-TORGAL, F.; ZHANG, Y. Shear behaviour of steel fibre reinforced self-consolidating concrete beams based on the modified compression field theory. Composite Structures, Dalian, v. 94, n. 8, p. 2440–2449, 2012. doi:10.1016/j.compstruct.2012.02.025
DING, Y.; YOU, Z.; JALALIC, S. The composite effect of steel fibres and stirrups on the shear behaviour of beams using self-consolidating concrete. Engineering Structures, Amsterdam, v. 33, n. 1, p. 107-117, 2011. doi: 10.1016/j.engstruct.2010.09.023
EFNARC. Specification and guidelines for self-compacting concrete. Farnham, UK: EFNARC, 2002.
EL-DIEB, A. S.; EL-MAADDAWY, T. A.; AL-RAWASHDAH, O. Shear behavior of ultra-high-strength steel fiber-reinforced self-compacting concrete beams. Construction Materials and Structures, Nova York, p. 972-979, 2014.
EUROPEAN UNION. Eurocode 2: design of concrete structures - Part 1-1: General Rules and Rules for Buildings. Bruxels, Belgium: Comité Européen de Normalisation, 2004.
EVANS, J. R. Statistics, data analysis and decision modeling. 5. ed. London: Pearson, 2013.
FIB - FÉDÉRATION INTERNATIONALE DU BÉTON. Model Code 2010: final draft. Lausanne: FIB, 2012.
FIGUEIREDO, A. D. Concreto com Fibras. In: Concreto Ciência e Tecnologia. São Paulo: Ibracon, 2011 .v. 2, p. 1327-1365.
FRITIH, Y.; VIDAL, T.; TURATSINZE, A.; PONS, G. Flexural and shear behavior of steel fiber reinforced SCC beams. KSCE Journal of Civil Engineering, Nova York, v. 17, p. 1383-1393, 2013. doi: 10.1007/s12205-013-1115-1
GALI, S.; SUBRAMANIAM, K. V. L. Improvements in fracture behavior and shear capacity of fiber reinforced. Construction and Building Materials, Amsterdam, v. 189, p. 205-217. 2018. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.08.194
GEIKER, M.; JACOBSEN, S. Self-compacting concrete (SCC). In: MINDESS, S. Developments in the formulation and reiforcement of concrete. 2. ed. Vancouver: Woodhead, 2019. cap. 10, p. 229-256.
GREENOUGH, T.; NEHDI, M. Shear behavior of fiber-reinforced self-consolidating concrete slender beams. ACI Materials Journal, Detroit, v. 105, n. 5, p. 468-477, 2008.
HAMEED, A. A.; AL-SHERRAWI, M. H. Influence of Steel Fiber on the Shear Strength of a Concrete Beam. Civil Engineering Journal, Mazandaran, Iran, v. 4. n. 7, p. 1501-1509, 2018. DOI: 10.28991/cej-0309190
HELINCKS, P.; CORTE, W.; BOEL,V.; SCHUTTER, G. Influence of steel fibre reinforcement on the shear resistance and crack pattern formation of self-compacting concrete beams. Key Engineering Materials, Freienbach, v. 452, p. 669-672, 2011.
IMAM, M.; VANDEWALLE, L.; MORTELMANS, F. Shear domain of fibre-reinforced high-strength concrete beams. Engineering Structures, Amsterdam, v. 19, n. 9, p. 738-747, 1997.
KANNAM, P.; SARELLA, V. R.; PANCHARATHI, R. K. Hybrid effects of stirrup ratio and steel fibers on shear behaviour of self-compacting concrete. The Gruyter Archives of Civil EnNgineering, [s. l.], v. LXIV, 2018. doi: 10.2478/ace-2018-0010
KHUNTIA, M.; STOJADINOVIC, B.; GOEL, S. C. Shear Strength of Normal and High-Strength Fiber Reinforced Concrete Beams without Stirrups. ACI Structural Journal, Detroit, p. 283-289, 1999.
KWAK, Y.; EBERHARD, M. O.; WOO-SUK, K.; KIM, J. Shear strength of steel fiber reinforced concrete beams without stirrups. ACI Structural Journal, Detroit, v. 99, n. 4, p. 530-538, 2002.
LANTSOGHT, E. O. L. Database of shear experiments on steel fiber reinforced concrete beams without stirrups. Materials, Delft, v. 12, n. 6, 2019. DOI: 10.3390/ma12060917
LARSEN, I. L.; THORSTENSEN, R. T. The influence of steel fibres on compressive and tensile strength of ultra high performance concrete: a review. Construction and Building Materials, Amsterdam, v. 256, n. 30, 2020. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119459
LI, X.; LI, C.; ZHAO, M.; YANG, H.; ZHOU, S. Testing and Prediction of Shear Performance for Steel Fiber Reinforced Expanded-Shale Lightweight Concrete Beams without Web Reinforcements. Materials, v. 12, p. 1594, 2019. doi:10.3390/ma12101594.
NARAYANAN, R.; DARWISH, I. Y. S. Use of Steel Fibers as Shear Reinforcement. ACI Structural Journal, Detroit, v. 84, n. 3, 1987.
NING, X.; DINGA, Y.; ZHANG, F.; ZHANG, Y. Experimental study and prediction model for flexural behavior of reinforced SCC beam containing steel fibers. Construction and Building Materials, Amsterdam, v. 93, n. 15, 2015. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.06.024
PANSUK, W.; NGUYEN, T. N.; SATO, Y.; DEN UIJL, J. A.; WALRAVEN, J. C. Shear capacity of high performance fiber reinforced concrete I-beams. Construction and Building Materials, Amsterdam, v. 157, p. 182–193, 2017. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.09.057
PAUW, P. D.; BUVERIE, N. V.; MOERMAN, W. . Replacement of shear reinforcement by steel fibres in pretensioned concrete beams. In: WALRAVEN, J. C.; STOELHORST, D. (ed.). Tailor made concrete structures. London: Taylor & Francis Group, 2008. p. 391-397.
PERERA, J.; MUTSUYOSHI, H. Prediction of shear strength of reinforced concrete members without web reinforcement. Proceedings of the Japan Concrete Institute, [s. l.], p. 499-504, 2013.
PRAVEEN, K.; RAO, S. V. Steel fibres as a partial shear reinforcement in self-compacting concrete. Recent Advances in Structural Engineering, Singapore, v. 1, p. 935-946, 2019. DOI: 10.1007/978-981-13-0362-3_74
RANDO JUNIOR, A. M.; GUERRA, L.; MORALES,G. Interference from the addition of polypropylene fibers and thin basalt on mechanical strength of micro concrete. Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 40, n. 1, p. 55-62, 2019. DOI: 10.5433/1679-0375.2019v40n1p55
RAWASHDEH, O. J. Z. A. Sher behaviour of steel fiber reinforced ultra high strength self compacted concrete beams. 2015. Dissertation (Master in Civil Engineering) - United Arab Emirates University, 2015.
RILEM. Rilem TC 162-TDF: test and design methods for steel fibre reinforced concrete. Materials and Structures, Nova York, v. 36, p. 560-567, Oct. 2003.
SARVEGHADI, M.; GANDOMI, A. H.; BOLANDI, H.; ALAVI, A. H. Development of prediction models for shear strength of SFRCB using a machine learning approach. Neural Computing and Applications, Amsterdam, v. 31, p. 2085–2094, 2019. doi: 10.1007/s00521-015-1997-6
SHAH, A.; AHMAD, S. An experimental investigation into shear capacity of high strength concrete beams. Asian Journal of Civil Engineering, Islamabad, p. 549-562, 2007.
SHARMA, A. K. Shear Strength of steel fiber reinforced concrete beams. ACI Structural Journal, Detroit, p. 624-628, 1986.
SHOAIB, A.; LUBELL, A. S.; BINDIGANAVILE, V. S. Size effect in shear for steel fiber-reinforced concrete members without stirrups. ACI Structural Journal, Detroit, v. 111, n. 5, p. 1081-1090, 2014.
SMARZEWSKI, P. Hybrid fibres as shear reinforcement in high-performance concrete beams with and without openings. Applied Sciences, Basel, v. 8, n. 11, 2018. DOI: 10.3390/app8112070.
SUJIVORAKYL, C. Model of Hooked Steel Fibers Reinforced Concrete under Tension. In.: High Performance Fiber Reinforced Cement Composites 6. Dordrecht: Springer, 2012. v. 2, p19-26. In: doi.org/10.1007/978-94-007-2436-5.
SUSETYO, J.; GAUVREAU, P.; VECCHIO, F. J. Effectiveness of steel fiber as minimum shear. ACI Structural Journal, Detroit, p. 488-496, 2011.
SWAMY, R. N.; JONES, R.; CHIAM, A. T. P. Influence of steel fibres on the shear resistance of lightweight concrete T-beams. ACI Structural Journal, Detroit, p. 103–114, 1993.
TUTIKIAN, B. F.; MOLIN, D. C. D. Concreto auto-adensável. São Paulo: Pini, 2008.
WILLE, K.; KIM, D. J.; NAAMAN, A. E. Strain-hardening UHP-FRC with low fiber contents. Materials and Structures, Nova York, v. 44, p. 583-598, 2010.
ZSUTTY, T. C. Shear strength prediction for separate categories of simple beam tests. ACI Journal Proceed, v. 68, n. 2, pp. 138–143, 1971.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Os Direitos Autorais para artigos publicados nesta revista são de direito do autor. Em virtude de aparecerem nesta revista de acesso público, os artigos são de uso gratuito, com atribuições próprias, em aplicações educacionais e não-comerciais. A revista se reserva o direito de efetuar, nos originais, alterações de ordem normativa, ortográfica e gramatical, com vistas a manter o padrão culto da língua e a credibilidade do veículo. Respeitará, no entanto, o estilo de escrever dos autores. Alterações, correções ou sugestões de ordem conceitual serão encaminhadas aos autores, quando necessário. Nesses casos, os artigos, depois de adequados, deverão ser submetidos a nova apreciação. As opiniões emitidas pelos autores dos artigos são de sua exclusiva responsabilidade.
Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Internacional.
