A incorporação de fibras de aço no concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras (UHPFRC) contribui significativamente para o aumento da resistência à flexão, devido ao efeito de ponte que as fibras exercem, restringindo a formação e a propagação de fissuras. No entanto, as propriedades mecânicas do UHPFRC são fortemente influenciadas pela razão de aspecto, fração volumétrica e orientação das fibras. Diante disso, este estudo teve como objetivo investigar a influência desses fatores no comportamento à flexão do UHPFRC por meio de simulações numéricas em mesoescala, considerando-o como um material bifásico heterogêneo composto por fibras e matriz. Para isso, foram realizadas simulações numéricas de vigas entalhadas de UHPFRC, submetidas a ensaios de flexão de três pontos, com diferentes alturas (30 mm, 60 mm, 90 mm, 120 mm e 150 mm). Inicialmente, foi aplicada uma abordagem 3D em mesoescala, que permitiu uma análise mais detalhada. No entanto, devido ao alto custo computacional dessa estratégia, também foi adotada uma abordagem 2D simplificada, que reduziu o número de fibras em 30 vezes, mantendo, porém, a mesma fração volumétrica. Os resultados numéricos, tanto em 3D quanto em 2D, apresentaram boa concordância com os dados experimentais considerados, destacando o modelo 2D como uma alternativa eficiente devido à sua significativa redução no custo computacional, cerca de 75.6% em comparação ao modelo 3D, apesar de uma queda mais acentuada na fase de amolecimento. As análises paramétricas demonstraram que a resistência à flexão do UHPFRC é aprimorada pelo aumento da fração volumétrica de fibras e pelo uso de fibras com maior razão de aspecto, embora esta última tenha influência limitada na resistência inicial à formação de fissuras, dominada pela matriz. Além disso, no estudo sobre a orientação das fibras, a maior contribuição para a resposta à flexão foi observada quando o ângulo médio de orientação foi de 30°, devido ao efeito pino que melhora a interação fibra-matriz. Por fim, verificou-se que o UHPFRC produzido com 1% de fibras mais longas (lf=20 mm) e uma orientação média favorável (θm=30°) apresentou desempenho superior àquele com 2% de fibras mais curtas (lf=13 mm) e orientação mais aleatória, evidenciando o potencial de reduzir custos.

The incorporation of steel fibers into ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) significantly enhances its flexural strength due to the bridging effect of the fibers, which restricts crack formation and propagation. However, the mechanical properties of UHPFRC are strongly influenced by the aspect ratio, volume fraction, and orientation of the fibers. In light of this, the present study aimed to investigate the influence of these factors on the flexural behavior of UHPFRC through mesoscale numerical simulations, considering it as a heterogeneous biphasic material composed of fibers and matrix. Numerical simulations were conducted on notched UHPFRC beams subjected to three-point bending tests with varying heights (30 mm, 60 mm, 90 mm, 120 mm, and 150 mm). Initially, a 3D mesoscale approach was applied, allowing for a detailed analysis. However, due to the high computational cost of this strategy, a simplified 2D approach was also adopted, reducing the number of fibers by 30 times while maintaining the same volume fraction. The numerical results, both in 3D and 2D, showed good agreement with the experimental data considered, highlighting the 2D model as an efficient alternative due to its significant reduction in computational cost, about 75.6% lower than the 3D model, despite a more pronounced softening phase. Parametric analyses demonstrated that the flexural strength of UHPFRC improves with an increase in fiber volume fraction and the use of fibers with a higher aspect ratio, although the latter has limited influence on the initial resistance to crack formation, which is predominantly governed by the matrix. Additionally, in the study of fiber orientation, the greatest contribution to flexural response was observed when the mean orientation angle was 30°, attributed to the snubbing effect that enhances the fiber-matrix interaction. Finally, it was found that UHPFRC produced with 1% of longer fibers (lf=20 mm) and a favorable mean orientation (θm=30°) exhibited superior performance compared to that produced with 2% of shorter fibers (lf=13 mm) and a more random orientation, demonstrating the potential for cost reduction.