Investigação computacional do comportamento à flexão de vigas de UHPFRC e vigas de concreto armado reforçadas com UHPFRC. - Barbosa, Felipe Augusto da Silva (2025)
O UHPFRC Concreto de Ultra-Alto Desempenho Reforçado com Fibras é um material compósito de notável resistência mecânica e durabilidade, podendo ser utilizado tanto como reforço em estruturas de concreto armado quanto como material único na produção de elementos estruturais esbeltos com elevada capacidade resistente. No entanto, a distribuição não uniforme e desfavorável das fibras, especialmente em sólidos com grandes dimensões, resulta em um comportamento estrutural à flexão distinto daquele observado em estruturas convencionais de concreto armado. Diante disto, esta pesquisa desenvolveu modelos numéricos de diferentes hierarquias a fim de investigar o comportamento estrutural de vigas com UHPFRC, com enfoque no efeito escala sobre a resistência à flexão, nas relações entre carga e deflexão e no comportamento da interface entre o concreto convencional e o UHPFRC. Estes modelos foram validados experimentalmente, utilizando dados da literatura. O de menor hierarquia foi desenvolvido a partir do método de equilíbrio e compatibilidade seccional, enquanto o de maior hierarquia, com base no método dos elementos finitos, utilizando o software comercial ABAQUS. Os resultados indicaram a existência de uma relação inversa entre a altura das vigas e a tensão máxima de flexão resistente, evidenciada pela utilização de teores de fibras elevados associados ao menor comprimento destas. O efeito escala e o ganho de resistência nos elementos reforçados também foi avaliado considerando diferentes arranjos do reforço na seção transversal. Vigas reforçadas apenas na zona de compressão não mostraram sensibilidade ao efeito escala, apresentando ganho de resistência constante para diferentes alturas; as reforçadas na zona de tração bem como em três lados, exceto compressão, apresentaram queda significativa na resistência para grandes alturas, inviabilizando a utilização do reforço nestes elementos. O método das seções também foi utilizado como base para o cálculo de deslocamentos a partir da integração das curvaturas ao longo das vigas. Além disso, foi adaptado em um procedimento de análise inversa, de maneira que a relação tensão-deformação do UHPFRC pudesse ser determinada a partir da curva carga-deflexão experimental. As principais diferenças entre as curvas carga-deflexão numéricas e experimentais ocorreram no trecho pós-pico e foram atribuídas à distribuição e orientação das fibras resultantes dos métodos de lançamento e moldagem, difíceis de serem representadas pelos modelos constitutivos adotados. Todavia, o procedimento inverso permitiu a determinação de modelos constitutivos na tração compatíveis com as curvas experimentais, indicando um coeficiente de correlação entre as curvas carga-deflexão numéricas e experimentais acima de 99%. Além disso, as curvas carga-deflexão obtidas a partir da modelagem em elementos finitos convergiram satisfatoriamente com aquelas determinadas pela integração de curvaturas, permitindo, inclusive, confirmar as constatações da análise seccional em relação à eficiência de diferentes disposições do reforço em UHPFRC nos elementos estruturais avaliados. Quanto ao desempenho da interface CC-UHPFRC, as vigas reforçadas em três lados mostraram o menor deslizamento relativo entre as superfícies de contato, com valores não ultrapassando 0,3 mm em 99% da área de contato. Os deslocamentos relativos mais significativos, que atingiram 0,8 mm, ocorreram no vão intermediário, na região de contato com a camada de reforço inferior, representando menos de 1% da interface.