Estudo numérico e experimental do comportamento cíclico de vigas I protendidas de concreto de altíssimo desempenho - Gidrão, Gustavo de Miranda Saleme (2020)
O presente trabalho investiga o comportamento de vigas I sem estribos, protendidas pré-tracionadas, constituídas de concreto de ultra alto desempenho reforçado por fibras (UHPFRC) e concreto de ultra alto desempenho (UHPC), sujeitas a carregamento cíclico de flexão e flexo-cisalhamento em 3 pontos. O primeiro passo do estudo foi sobre o conhecimento do material em solicitações cíclicas e explicação de seus mecanismos de falha. Neste sentido, foi efetuada uma campanha experimental para caracterização das propriedades mecânicas, obtendo-se a resistência total e residual, tenacidade, coeficiente de amortecimento e módulo de elasticidade de corpos de prova cilíndricos com volume de fibras (Vf) de 1% até 3%. A segunda etapa consistiu na modelagem numérica e dimensionamento analítico para 19 casos de vigas I protendidas, utilizando o modelo constitutivo do Concrete Damage Plasticity (CDP), utilizando o software de elementos finitos ABAQUS®. Após o estudo prévio, foi desenvolvida uma campanha experimental que objetivou produzir vigas em escala real, considerando variações quanto à (i) presença de fibras, (ii) existência de protensão, e (iii) ponto de aplicação de força (i.e., aplicação no centro ou no terço do vão da viga). Ensaios mecânicos cíclicos foram efetuados a fim de se obter o comportamento estrutural destes elementos. Com os modelos experimental e numérico calibrado pode-se inferir que a utilização de fibras é imprescindível para o desempenho das vigas I estudadas, uma vez que a viga protendida de UHPC sem fibras apresentou resistência 67% menor e ductilidade 50% inferior à obtida para a mesma viga de UHPFRC. Além disso o modo de falha observado para a vigas sem fibras foi de cisalhamento mesmo quando o ponto de aplicação da carga foi no meio do vão. Notou-se que a utilização conjunta de fibras e protensão propicia significativo aumento de ductilidade e moderado acréscimo de resistência. Ao final de cada ciclo de carga, foram realizados ensaios não destrutivos adicionais de fotogrametria, ensaio dinâmico de impacto e ultrassonografia no sentido longitudinal da peça, que permitiram descrever o comportamento de fissuração e evolução de dano bem como os mecanismos de falha dos elementos estudados. A ultrassonografia foi capaz de estimar os índices de dano em relação às regiões da seção transversal das peças pelo atraso da velocidade de pulso ultrassônico. O ensaio dinâmico de impacto mediu a frequência natural e coeficiente de amortecimento das peças, indicando valores de degradação do módulo de elasticidade e dissipação de onda de impacto para cada ciclo de carga. Pela fotogrametria foi possível se determinar os valores estimados de abertura de fissuras residuais, curvatura e flechas para cada estágio de carregamento. Ainda, para os experimentos foi estabelecida uma relação de momento curvatura que descreveu com precisão o comportamento das seções majoritariamente fletidas. O estudo estático do protótipo de viga I foi expandido para uma seção de laje alveolar de pontes PCI AAHSTO/SII - 36, onde demonstrou que a utilização do UHPFRC possibilitou um ganho de resistência de 53 % em relação a referência constituída de C70. A expansão do estudo numérico experimental para o caso de lajes alveolares demonstra que o UHPFRC aplicado às lajes resulta em peças mais eficientes com menor peso próprio.