Steel fiber reinforced concrete pipes: part 1: technological analysis of the mechanical behavior

Abstract

This paper is the first part of an extensive work focusing the technological development of steel fiber reinforced concrete pipes (FRCP). Here is presented and discussed the experimental campaign focusing the test procedure and the mechanical behavior obtained for each of the dosages of fiber used. In the second part ("Steel fiber reinforced concrete pipes. Part 2: Numerical model to simulate the crushing test"), the aspects of FRCP numerical modeling are presented and analyzed using the same experimental results in order to be validated. This study was carried out trying to reduce some uncertainties related to FRCP performance and provide a better condition to the use of these components. In this respect, an experimental study was carried out using sewage concrete pipes in full scale as specimens. The diameter of the specimens was 600 mm, and they had a length of 2500 mm. The pipes were reinforced with traditional bars and different contents of steel fibers in order to compare their performance through the crushing test. Two test procedures were used in that sense. In the 1st Series, the diameter displacement was monitored by the use of two LVDTs positioned at both extremities of the pipes. In the 2nd Series, just one LVDT is positioned at the spigot. The results shown a more rigidity response of the pipe during tests when the displacements were measured at the enlarged section of the socket. The fiber reinforcement was very effective, especially when low level of displacement was imposed to the FRCP. At this condition, the steel fibers showed an equivalent performance to superior class pipes made with traditional reinforced. The fiber content of 40 kg/m3 provided a hardening behavior for the FRCP, and could be considered as equivalent to the critical volume in this condition.A primeira parte deste trabalho se concentra no desenvolvimento tecnológico de tubos de concreto reforçado com fibras (TCRF). São apresentados e discutidos os resultados obtidos em um estudo experimental focado no procedimento de ensaio e na resposta mecânica obtida para cada um dos teores de fibras utilizados nos tubos. Na segunda parte do trabalho ("Tubos de concreto reforçado com fibra de aço. Parte 2: Modelo numérico para simular o ensaio de compressão diametral"), se apresentam os aspectos associados à simulação numérica da resposta mecânica destes tubos. Este estudo foi levado a cabo com a finalidade de tentar reduzir algumas das incertezas relacionadas com o desempenho dos TCRF e proporcionar melhores condições para viabilizar o uso das fibras como elemento de reforço em tubos. Neste sentido, se realizou um trabalho experimental utilizando corpos-de-prova em escala real. O diâmetro destes tubos foi de 600 mm e seu comprimento de 2500 mm. Alguns dos tubos foram reforçados com armaduras convencionais e outros apenas com fibras metálicas com a finalidade de comparar as diferentes respostas mecânicas no ensaio de três cutelos. Empregaram-se dois procedimentos: numa 1ª série, o deslocamento diametral foi medido por meio de LVDTs posicionados em ambas as extremidades dos tubos, enquanto que, na 2ª série se mediu o deslocamento apenas na ponta dos tubos. Neste sentido, os resultados obtidos demonstraram que a avaliação da rigidez do sistema depende da forma de medida dos deslocamentos. Além disso, foi comprovado que o reforço de fibras metálicas era eficiente, especialmente para níveis de carga próximos às cargas de serviço. Para baixas deformações, os TCRF apresentaram um melhor desempenho em termos de resistência em comparação com os tubos de concreto armado convencional. Por último, se concluiu que o consumo de 40 kg/m3 pode ser considerado o volume crítico de fibras, pois pode obter um encruamento para a resposta estrutural do tubo.