Análise numérica de vigas em concreto reforçado com fibras de aço via método dos elementos finitos - Matos, Caio César Dias (2021)
O concreto se caracteriza como material de maior aplicabilidade na construção civil devido a sua versatilidade e facilidade de manuseio. Com isso, a constate busca do aperfeiçoamento das propriedades deste material tem sido o foco de diversos estudos e motivação para desenvolvimento de novas tecnologias. Neste contexto, surge o concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) que comprovadamente aumenta a resistência à tração e a compressão biaxial do compósito, além de contribuir para redistribuição de esforços, diminuição da retração e controle da fissuração no concreto. Visando uma análise mais aprofundada deste material, este trabalho tem como finalidade a reprodução numérica do comportamento de vigas em CRFA, por meio do Método dos Elementos Finitos, em combinação com as previsões de resistência de Dutra (2012) e o modelo de dano plástico Concrete Damaged Plasticity (CDP). Utiliza-se o estudo apresentado por Dutra (2012) para previsão de resistências do CRFA com base nas características da matriz cimentícia e o no tipo de fibra adotada para a mistura. O modelo da autora toma como base uma abordagem micromecânica do CRFA, empregando-se técnicas de homogeneização e tendo como resultado a formulação para o comportamento constitutivo do material. As previsões são calculadas através de uma rotina em MATLAB e aplicadas à análise numérica de elementos estruturais como forma de verificar a aplicabilidade destes resultados na análise numérica em um estado multiaxial de tensões. A representação do CRFA é feita através do modelo CDP, um modelo que é capaz de reproduzir o comportamento não-linear do compósito através de parâmetros de controle relacionados ao estado de tensões biaxiais e triaxiais de tensão. Esses parâmetros são calculados para melhor aproximação com a superfície proposta por Dutra (2012) e com a aplicação de modelos constitutivos para uma caracterização mais adequada do comportamento do CRFA. Toda análise é desenvolvida através do Método dos Elementos Finitos, no Abaqus SE. Faz-se então uma investigação das respostas mecânicas do CRFA em seus estados uniaxial, biaxial e multiaxial de tensões com variações de parâmetros. Resultados experimentais encontrados na literatura são utilizados para fins de comparação com as respostas analíticas e numéricas. Observou-se que o conjunto composto pelo modelo CDP, com suas devidas modificações, e as previsões de resistência e superfície de ruptura biaxial de acordo com Dutra (2012) forneceram resultados bem próximos aos experimentais, validando então a modelagem do CRFA através de entradas totalmente analíticas por meio de alterações nas propriedades do concreto devido a presença das fibras de aço.