Durante décadas, la teoría de falla de Griffith fue el marco teórico más adecuado para explicar el comportamiento de un material frágil o cuasi-frágil en fractura. Con el avance de la computación y la modelación numérica, este enfoque comenzó a presentar debilidades, sobre todo desde el punto de vista práctico, que fue necesario salvar. Así es como aparecieron mejoras y nuevos modelos, como el de zona cohesiva, que dieron lugar a mejores resultados, a una mayor facilidad para su implementación computacional, así como a una forma más adecuada de representar el comportamiento de una interfaz entre dos materiales. Sin embargo, aún hay aspectos no comprendidos completamente de este comportamiento, y el aporte de nuevos resultados experimentales y numéricos es de gran relevancia. En ese sentido, este trabajo consiste en evaluar el comportamiento de la interfaz entre hormigón reforzado con fibras y concreto asfaltico por medio de la simulación de ensayos de vigas, utilizando el marco teórico del modelo de zona cohesiva, teniendo en cuenta una ley tracción-separación lineal y otra exponencial, e implementado por medio de elementos finitos de interfaz derivados de un funcional Lagrangiano aumentado. Los resultados son contrastados con resultados numéricos y experimentales obtenidos por otros autores para ser validados.

En este trabajo se extiende un meso modelo de compuestos previamente desarrollado para hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) para tener en cuenta el efecto de la temperatura en el comportamiento dinámico. El modelo se calibra con resultados experimentales de HRFA correspondientes a ensayos de caracterización realizados a temperatura ambiente y luego de la exposición a altas temperaturas. Posteriormente, el modelo calibrado se aplica a la simulación de ensayos de impacto por caída libre sobre vigas de HRFA previamente sometidas a altas temperaturas. Los resultados muestran que el modelo es capaz de reproducir la degradación de las propiedades mecánicas por las altas temperaturas y el efecto beneficioso de las fibras bajo carga estática y dinámica.

The improvements of cementitious matrixes due to fibers addition are directly related to fibers' pull-out mechanism and hence the proper simulation of this phenomenon is essential for the numerical simulation of fiber reinforced cementitious composites behavior.A steel fiber pull-out model is proposed in this paper. The model takes into account the matrix properties, the fibers shape, properties and orientation and uses parameters that can be obtained from pull-out tests of straight fibers. The paper includes calibration with experimental results, application examples and comparison with other experimental results that show the ability of the model to reproduce steel fibers pull-out behavior from different types of concrete matrix. The variation of the model parameters with concrete type and strength and fiber type and geometry is also included. It is shown that the model is able to describe not only fibers pull-out process but also matrix and fibers failure for different fiber geometries and orientations.

High strength fiber reinforced concrete beams with different contents of steel hooked end fibers (without fibers, with 40 and 80 kg/m3) were tested under impact loads using a Drop - Weight Impact device with different projectile impact velocities. Numerical modeling was additionally carried out with Karagozian and Case constitutive model for concrete that was calibrated to include the effect of the fibers in the post-peak response of fiber reinforced concrete. Before matrix cracking the behavior was almost independent on fiber content and the first crack appeared for the same impact velocity corresponding to a maximum impact load that was approximately 10 times the static cracking load. For the same impact velocity, maximum impact load was slightly higher for beams with higher fiber content that presented evident smaller cracks and deflections. The benefit of doubling the fiber content from 40 to 80kg/m3 on the dynamic structural performance was similar to that obtained in the static flexure response, while, at material level, it was lower.

Impact resistance represents a key property of Fibre Reinforced Concrete (FRC). Recently, the authors proposed a repeated drop-weight test for FRC impact characterization that, among other advantages, is able to distinguish the contribution of different types and dosages of fibres both at cracking and in cracked state. The impacts are applied on a simply supported notched prism of 150 × 150 × 300 mm, being the adopted span length 240 mm, the notch depth 25 mm and the projectile mass 5 kg. An experimental and numerical parametrical study was carried out in order to analyse the effect of the specimen geometry on impact test results. The span length (240, 350 and 500 mm), the notch depth (10, 25 and 50 mm), the specimen width (70, 100 and 150 mm), and the projectile mass (5, 10 and 20 kg) were considered as variables. The numerical model was developed to analyse the stress distribution before the first crack appears (elastic behaviour). In order to corroborate the numerical model, the impact load was measured in some tests with a dynamic load cell. Numerical results concerning the effects of the above-mentioned variables on impact response are presented.

High Strength Fibre Reinforced Concrete (HSFRC) presents great advantages when compared with conventional concrete under static loads and thus, it constitutes a promising material to withstand extreme loads. An experimental and numerical research carried out with the objective of developing design criteria for HSFRC use in protective structures construction is presented. The mechanical behaviour of HSFRC elements under extreme loads is experimentally and numerically analysed. Numerical models represent useful tools for the design of this type of HSFRC applications but they should be carefully calibrated and validated with experimental results. HSFRC prisms and slabs including different types of hooked-end steel fibres are tested under static, blast and impact loads. Material models at the meso and the macro scale are developed, they are calibrated with characterization tests and validated with experimental results. Experimental results are analysed with the aid of numerical models showing the effect of fibre type and content under extreme load. Numerical models are able to reproduce the blast and impact tests results and give additionally information about the local and structural response under impulsive loads that could be valuable for the design of protective structures.

Las ventajas que presentan los hormigones de ultra altas prestaciones reforzados con fibras frente a otros materiales bajo cargas estaticas sugieren a los mismos como materiales promisorios para soportar cargas dinamicas y especialmente cargas extremas. Sin embargo, se han desarrollado pocos trabajos que evidencien y expliquen las mejoras en la respuesta dinamica debidas a la adicion de fibras. El conocimiento actual del comportamiento de estos materiales bajo cargas de alta velocidad es limitado y, mas aun, las herramientas para simulacion numerica del mismo. En este trabajo se presenta la aplicacion de un modelo desarrollado para hormigones reforzados con fibras a la simulacion de ensayos de traccion a altas velocidades de deformacion, barra de Hopkinson modificada (MHB). El modelo esta basado en una modificacion de la teoria de mezclas y tiene en cuenta el comportamiento de la matriz y de las fibras y el deslizamiento fibra-matriz a traves de un modelo meso-mecanico. Esta implementado en un programa de elementos finitos no lineal dinamico explicito. Con el mismo se simulan los ensayos de MHB de hormigones de altas prestaciones con distintos contenidos de fibras a distintas velocidades de carga. La comparacion de los resultados numericos con los experimentales permite analizar la dependencia de la velocidad de deformacion de estos materiales. Por otro lado, mediante las simulaciones numericas realizadas se analiza en detalle el problema de propagacion de onda involucrado en el ensayo y se compara el comportamiento real de la probeta con lo predicho a traves de las mediciones en las barras input y output.

The advantages of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) under static loads suggest it is a promissory material to withstand dynamic and especially extreme loads. However, the available results concerning dynamic behaviour of UHPFRC under high strain rates are still rather limited and there are some aspects that require further analysis and the development of numerical tools. A numerical model for UHPFRC is presented and applied to the simulation of high strain tension tests in this paper. The tension tests were performed in a Modified Hopkinson Bar with different strain rates and they include UHPFRC using different contents and orientations of smooth straight steel fibers. The numerical model is based on the modified mixture theory and takes into account the behaviour of the matrix and the fibers and the fiber/matrix sliding using a meso-mechanic pull-out model. The model was implemented in a non-linear dynamic finite element explicit code that constitutes a useful numerical tool for the design and analysis of structures made of this material. High strain rate tension tests were numerically simulated. The comparison of numerical and experimental results allows calibrating the material properties, validating the model and analysing the strain rate dependence of the composite and the contribution of each of the component materials and the pull-out mechanism. Tension dynamic amplification of UHPFRC is mainly due to the Ultra High Performance Concrete (UHPC) matrix and the pull-out mechanism. The dynamic amplification of the fibers pull-out mechanism is lower than that of the matrix and increases with fiber inclination.

Many concrete structures are exposed to high temperatures that produce material deterioration involving stiffness and strength loss. Although residual mechanical behavior of steel fiber reinforced concrete subjected to high temperatures has been studied in the last decades, the effect of the deterioration of each component of the composite behavior has not been assessed. This information together with a meso-mechanical model can be very useful for the design of steel fiber reinforced concrete to be used in structures that are expected to be exposed to high temperatures. This paper analyzes the effect of temperature on steel fibers pull-out mechanism from a high strength concrete matrix and its contribution to the residual mechanical behavior of Steel Fiber Reinforced High Strength Concrete (SFRHSC). Pull-out tests of straight and hooked end fibers and uniaxial tension tests on the fiber filaments exposed to room and high temperature (300 degrees C, 375 degrees C and 475 degrees C) were performed. Additionally, two SFRHSC incorporating 30 kg/m(3) and 60 kg/m(3) of hooked end steel fibers and a plain High Strength Concrete (HSC) exposed to the same temperatures were studied. Uniaxial compression tests and bending tests on notched prisms were used to characterize the composite material. The experimental results were analyzed with the aid of a pull-out model and a meso-model for SFRHSC, both developed by the authors. It is shown that hooked end fibers pull-out strength was reduced after the exposure to high temperatures. Since concrete strength only contributes in a small region surrounding the hooks, the pull-out strength reduction can be mainly attributed to the reduction of steel strength and frictional effects due to high temperature exposition. HSC tension strength reduction begins earlier and it is proportionally greater than pull-out strength reduction. As a consequence, HSC bending strength decreases faster than SFRHSC strength. (C) 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved.

En este trabajo se presenta la incorporacion del endurecimiento cinematico en un modelo elasto-plastico acoplado con dano previamente desarrollado para hormigon reforzado con fibras (HRF) bajo cargas cuasi estatica monotona creciente con el fin de simular el efecto ratchetting que se observa en el comportamiento ciclico del material. Incorporar un modelo de endurecimiento cinematico no lineal en las fibras permite reproducir la forma de los lazos de histeresis del material observados experimentalmente bajo cargas ciclicas. El modelo de compuesto considera las propiedades constitutivas de la matriz de hormigon y de las fibras. Se calibran los parametros materiales necesarios para poder desarrollar el modelo de endurecimiento cinematico no lineal. Se estudian numericamente problemas simples donde se aplican ciclos de carga y descarga que ilustran la capacidad del modelo para reproducir el comportamiento ciclico del HRF.

High Strength Fiber Reinforced Concrete (HSFRC) presents great advantages when compared with conventional concrete under static loads and thus, it constitutes a promising material to withstand extreme loads. The experimental results of blast tests performed on HSFRC slabs including different types of hooked end steel fibers are presented and numerically analyzed in this paper. The numerical simulation was able to reproduce the experimental results and it confirms that for the same fiber content, shorter fibers provide greater blast resistance, showing smaller craters and spalling at the back face.

Debido a su gran capacidad de absorcion de energia, el hormigon de ultra altas prestaciones reforzado con fibras (HUAPRF) es un material idoneo para estructuras civiles y militares sometidas a cargas de impacto. En general, el analisis dinamico de este tipo de problemas se hace mediante hidrocodigos utilizando modelos originalmente desarrollados para hormigon que se calibran con resultados experimentales. En este trabajo se presenta la calibracion del modelo constitutivo Karagozian y Case para simular el comportamiento del hormigon de ultra altas prestaciones reforzado con fibras bajo cargas estaticas y dinamicas con diferentes velocidades. Se analiza la influencia del agregado de fibras en la repuesta del material, particularmente en el comportamiento post-pico y se expone un procedimiento para tener en cuenta el efecto de las fibras en el modelo.

Los Hormigones de Alta Resistencia Reforzados con Fibras aparecen como materiales promisorios para construir elementos de protección o estructuras expuestas a acciones extremas. Este trabajo analiza el efecto de la incorporación de diferentes contenidos y tipos de fibras de acero en un hormigón de base autocompactante y con una resistencia a compresión mayor a 110 MPa. Luego de describir la obtención del material y el comportamiento mecánico en flexión y compresión, se analiza la respuesta bajo cargas estáticas y frente a explosiones de losas cuadradas de 500 mm de lado y 50 mm de espesor. Los resultados evidencian la potencialidad del material ante acciones extremas; el refuerzo con fibras mantuvo la integridad de las piezas con una reducción significativa del daño y un cuadro de fisuración que manifiesta gran capacidad de absorción de energía.DOI: http://dx.doi.org/10.4995/HAC2018.2018.5240

En los ultimos anos se ha estudiado el uso de hormigones reforzados con fibras (HRF) para construccion, reparacion y refuerzo de elementos estructurales de hormigon armado sometidos a cargas ciclicas. En todos los casos se logra un aumento de la capacidad de disipacion de energia, de la resistencia y disminucion del dano que permite disenar estructuras mas esbeltas con menor cuantia de armadura. A pesar de los resultados experimentales alentadores disponibles, hace falta continuar con la investigacion y el desarrollo de modelos numericos que permitan disenar y predecir el comportamiento del HRF en este tipo de aplicaciones. Para ello, es indispensable desarrollar modelos constitutivos que sean capaces de reproducir el comportamiento de compuestos cementicios reforzados con fibras bajo cargas ciclicas y calibrarlos con resultados experimentales. En este trabajo se presenta una extension al caso de cargas ciclicas de un modelo previamente desarrollado para HRF bajo cargas cuasi estatica monotona creciente. El modelo de compuesto considera las propiedades constitutivas de la matriz de hormigon y de las fibras e introduce de manera simplificada el desplazamiento fibra-matriz mediante una modificacion del modelo constitutivo de las fibras. El arrancamiento de las fibras se simula mediante un modelo de arrancamiento que en este trabajo se extiende para considerar el efecto de las fibras en el cerrado de las fisuras. Luego de describir el comportamiento ciclico del HRF observado experimentalmente, se presenta el modelo constitutivo propuesto. Se estudian numericamente problemas simples que ilustran el comportamiento del modelo y finalmente, se desarrolla un ejemplo de aplicacion y comparacion con resultados experimentales que muestra la capacidad del modelo para reproducir el comportamiento ciclico del HRF.

The advantages of High Strength Fiber Reinforced Concrete (HSFRC) in static behavior highlighted by many researchers suggest it is a promising material to withstand dynamic loads. However, available experimental results regarding blast performance of HSFRC structural elements are still limited. The results of exploratory series of tests using a high strength concrete, over 100 MPa compressive strength, reinforced with long hooked-end steel fibers are presented in this paper. The results of static characterization tests performed on prisms and slabs and the results of blast tests on slabs are presented and analyzed. The improvements found in static flexure response with different fibers contents are compared with those found under blast loads. The effects of fibers controlling cracking, scabbing and spalling under close-in explosions are also addressed. (C) 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved.

TaggedP a Researcher CONICET, Structures Institute, National University of Tucum an, Av. Independencia 1800, 4000 S.M. de Tucum an, Argentina b Post Doctoral CONICET fellow. Structures Institute, National University of Tucum an, Argentina c Post Doctoral CONICET fellow, Engineering Faculty, National University of Cuyo, Argentina d Researcher CONICET, Engineering Faculty, National University of Cuyo, Argentina e Researcher CONICET, LEMIT, Engineering Faculty, National University of La Plata, Argentina f Researcher CIC, LEMIT, Engineering Faculty, National University of La Plata, Argentina

Los hormigones de alta resistencia, se encuentran entre los materiales mas nuevos en la investigacion del hormigon, con resistencias de mas de 50MPa. Con su alta resistencia a compresion, su baja porosidad que lleva a baja permeabilidad y mas alta durabilidad, su investigacion ofrece nuevas aplicaciones. Especialmente el agregado de fibras ductiles y fibras de alta resistencia permite reducir la naturaleza fragil del hormigon y produce un aumento notable en la capacidad de absorcion de energia. Dependiendo del contenido y tipo de fibras, el compuesto puede tener una respuesta a traccion con ablandamiento o endurecimiento que se manifiesta con la aparicion una o multiples fisuras. En este trabajo se presenta la extension de un modelo desarrollado para hormigones reforzados con fibras al caso de hormigones de alta resistencia reforzados con fibras y se aplica el mismo a la simulacion de vigas entalladas de hormigon de alta resistencia reforzado con fibras, bajo cargas cuasiestaticas. Se analiza, en particular, la objetividad de la respuesta respecto del tamano de la malla de elementos finitos para distintas proporciones de fibras que corresponden a respuestas que exhiben ablandamiento o endurecimiento. Finalmente, se presenta la comparacion de los resultados numericos con resultados experimentales que muestra la capacidad del modelo presentado para simular el comportamiento mecanico estatico del hormigon de alta resistencia reforzado con fibras.

La adicion de fibras de acero permite mejorar la respuesta mecanica del hormigon. Los principales beneficios se obtienen en el comportamiento a traccion donde las fibras unen ambas caras de las fisuras, generando una mayor ductilidad que esta relacionada con el deslizamiento de las fibras respecto de la matriz de hormigon. Algunos estudios muestran que las fibras de acero tambien mejoran las propiedades mecanicas residuales del hormigon luego de la exposicion a altas temperaturas, situacion que puede darse tanto en condiciones de servicio como accidentales. En este trabajo se simula el comportamiento del hormigon reforzado con fibras (HRF) expuesto a altas temperaturas mediante un modelo termo-mecanico no lineal. Para modelar el material compuesto se utiliza una generalizacion de la teoria de mezclas extendida al campo termico. Para la matriz de hormigon se utiliza un modelo termo-mecanico de plasticidad acoplada con dano termico y para las fibras un modelo elastoplastico que simula la respuesta de arrancamiento dependiente de la temperatura. Para su calibracion se tiene en cuenta la variacion de la respuesta al arrancamiento de las fibras con la temperatura obtenida a partir de ensayos de arrancamiento luego de exposicion a la temperatura y la degradacion de las propiedades mecanicas que experimenta la matriz de hormigon en funcion de la temperatura maxima alcanzada. La parte termica de los modelos, tanto en el caso del hormigon como en el caso de las fibras, es no lineal incorporando la variacion de las propiedades termicas a traves de una variable interna dependiente de la historia termica. Se describe el modelo utilizado y se presentan ejemplos de aplicacion termicos y otros en los que se reproducen ensayos de resistencia residual a flexion de vigas de HRF luego de exposicion a altas temperaturas que muestran que la adicion de fibras de acero mejora la resistencia residual de los hormigones expuestos a altas temperaturas. La comparacion de los resultados numericos con los experimentales permite validar la herramienta numerica.

En los últimos años se han desarrollado estudios experimentales que muestran las mejoras obtenidas en el comportamiento estructural al incorporar fibras al hormigón.Las fibras controlan la fisuración aumentando la ductilidad de los elementos estructurales.Este efecto está directamente relacionado con la resistencia al arrancamiento de las fibras que depende de la fibra, la matriz y la interfaz fibra-matriz.Los resultados experimentales muestran gran variabilidad en el comportamiento, aún para un mismo tipo de fibra e igual calidad de hormigón.Esta variabilidad se atribuye a la matriz de hormigón, la cual produce diferencias en la interfaz.En este trabajo se estudia experimental y numéricamente el fenómeno de arrancamiento de fibras de acero con ganchos, desde una matriz de hormigón.Se presentan los resultados experimentales de ensayos de arrancamiento de distintos tipos de fibras.Esto permite determinar parámetros necesarios para la simulación numérica.En el modelo numérico desarrollado el modelo de fibras con deslizamiento está implementado como una componente de un compuesto, con lo cual es posible estudiar el comportamiento de una fibra individual o de un conjunto de fibra dispersas en forma homogénea en una matriz.Con dicho modelo se realizan simulaciones del ensayo de arrancamiento de fibra cuyos resultados se comparan con los resultados experimentales.