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ORCID:  http://orcid.org/0009-0008-5602-5705
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Análise da influência do teor e do comprimento de fibras de carbono e do consumo de cimento nas propriedades de concretos de ultra-alto desempenho
Alternate title (s): Analysis of the effects of carbon fiber content and length and cement consumption on the properties of ultra-high-performance concrete
Author: Souza, Amanda Aparecida
First Advisor: Motta, Leila Aparecida de Castro
First member of the Committee: Costa, Eliane Betânia Carvalho
Second member of the Committee: Santos, Karyne Ferreira dos
Summary: O Ultra-high Performance Concrete (UHPC) é caracterizado por elevadas resistências mecânicas, baixa porosidade e alta durabilidade. Entretanto, na ausência de fibras, apresenta resposta frágil sob carregamento, o que torna necessária a incorporação de reforços fibrosos para a melhoria da ductilidade e da capacidade de absorção de energia. Assim, este trabalho avaliou a interação de fibras de carbono com a matriz de UHPC e sua influência nas propriedades mecânicas, tenacidade e propriedades elétricas do compósito, considerando uma relação água/materiais cimentícios fixa de 0,23 em todas as misturas. A pesquisa compreendeu a caracterização física e química dos materiais constituintes, seguida de um delineamento composto central rotacional para o planejamento estatístico dos experimentos. Na sequência, realizou-se a otimização da compacidade dos materiais finos por meio do método de empacotamento de grãos de Andreassen e Andersen modificado. As misturas otimizadas foram produzidas e avaliadas no estado fresco e endurecido. As propriedades do compósito foram investigadas em diferentes idades de cura, de acordo com a adequação de cada ensaio. Aos 28 dias, foram avaliadas a resistência à compressão, a resistência à tração na flexão, a porosidade por absorção total e a resistividade elétrica. Aos 56 dias, determinaram-se a resistência à compressão, a resistência à tração na flexão, a resistividade elétrica e o módulo de elasticidade. Os resultados do planejamento experimental possibilitaram a obtenção de superfícies de resposta e a identificação das variáveis estatisticamente significativas, evidenciando o consumo de cimento como o principal fator governante das propriedades mecânicas no domínio estudado. Destaca-se que os resultados obtidos demonstram que é possível produzir concretos de ultra alto desempenho com baixo consumo de cimento (500 e 550 kg/m³), contribuindo para o avanço no conhecimento de dosagem de UHPC. Misturas complementares com maiores teores de fibras de carbono indicaram que o aumento do teor de fibras promoveu melhorias significativas na resistência à tração e na tenacidade do compósito. A mistura com 3,7% de fibras de carbono apresentou desempenho global destacado, combinando alta resistência mecânica e maior capacidade de absorção de energia, o que evidencia o potencial da utilização de fibras de carbono na produção de UHPC com propriedades mecânicas aprimoradas.
Abstract: Ultra-high-performance concrete (UHPC) is characterized by high mechanical strength, low porosity, and enhanced durability. However, in the absence of fibers, it exhibits a brittle response under loading, making the incorporation of fibrous reinforcement necessary to improve ductility and energy absorption capacity. Thus, this study evaluated the interaction between carbon fibers and the UHPC matrix, as well as their influence on the mechanical properties, toughness, and electrical properties of the composite, considering a constant water-to-binder ratio of 0.23 for all mixtures. The research comprised the physical and chemical characterization of the constituent materials, followed by the definition of a central composite rotatable design for statistical experimental planning. Subsequently, the packing density of fine materials was optimized using the modified Andreassen and Andersen particle packing model. The optimized mixtures were produced and evaluated in both fresh and hardened states. The composite properties were investigated at different curing ages, according to the requirements of each test. At 28 days, compressive strength, flexural tensile strength, total porosity by absorption, and electrical resistivity were evaluated. At 56 days, compressive strength, flexural tensile strength, electrical resistivity, and modulus of elasticity were determined. The results of the experimental design enabled the development of response surfaces and the identification of statistically significant variables, highlighting cement content as the main governing factor for the mechanical properties within the studied domain. The results demonstrate that it is possible to produce ultra-high-performance concrete with low cement consumption (500 and 550 kg/m³), contributing to the advancement of knowledge on UHPC mixture design. Complementary mixtures with higher carbon fiber content indicated that increasing the fiber content significantly improves the tensile strength and toughness of the composite. The mixture containing 3.7% carbon fibers exhibited outstanding overall performance, combining high mechanical strength with enhanced energy absorption capacity, demonstrating the potential of carbon fibers to produce UHPC with improved mechanical properties.
Keywords: UHPC
Fibras de carbono
Propriedades mecânicas
Resistividade elétrica
UHCP
Carbon Fibers
Mechanical Properties
Electrical Resistivity
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::CONSTRUCAO CIVIL::MATERIAIS E COMPONENTES DE CONSTRUCAO
Subject: Engenharia civil
Fibras de carbono
Cimento - Indústria
Concreto
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
Quote: SOUZA, Amanda Aparecida. Análise da influência do teor e do comprimento de fibras de carbono e do consumo de cimento nas propriedades de concretos de ultra-alto desempenho.2026.152 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5044.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5044
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50000
Date of defense: 6-Feb-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Civil

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