Simulação numerica de processos de fratura em vigas de concreto armado e reforçado com fibras de aço, utilizando a curva tensão-abertura de fissura

Texto

(1)Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Simulação Numérica de Processos de Fratura em Vigas de Concreto Armado e Reforçado com Fibras de Aço, Utilizando a Curva Tensão-Abertura de Fissura. Alaor Leandro Rosa. Campinas, S.P. – Brasil Março/2005.

(2) Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Simulação Numérica de Processos de Fratura em Vigas de Concreto Armado e Reforçado com Fibras de Aço, Utilizando a Curva Tensão-Abertura de Fissura. Alaor Leandro Rosa Orientador: Prof. Dr. José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa. Dissertação de Mestrado apresentada à Comissão de Pós-Graduação da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, na área de concentração em Estruturas.. Campinas, S.P. – Brasil. Março/2005 i.

(3) FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP. R71s. Rosa, Alaor Leandro Simulação numérica de processos de fratura em vigas de concreto armado e reforçado com fibras de aço, utilizando a curva tensão-abertura de fissura / Alaor Leandro Rosa.--Campinas, SP: [s.n.], 2005. Orientador: José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa. Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. 1. Simulação (Computadores digitais). 2. Mecânica da fratura. 3. Concreto armado. 4. Materiais compostos. 5. Fibras. 6. Método de elementos finitos. I. Sousa, José Luiz Antunes de Oliveira e. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. III. Título.. Titulo em Inglês:Numerical simulation of fracture processes in concrete beams with conventional and steel fiber reinforcements, using the stress-crack opening relationship. Palavras-chave em Inglês: Numerical simulation, Nonlinear analysis, Fracture process, Steel fiber, Reinforced concrete (SFRC), Finite element methods. Área de concentração: Estruturas. Titulação: Mestre em Engenharia Civil. Banca examinadora: Newton Oliveira Pinto Junior, Itamar Ferreira, Luísa Andréia Gachet Barbosa. Data da defesa: 17/03/2005. Programa de Pós-Graduação: Engenharia Civil.. ii.

(4) Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Simulação Numérica de Processos de Fratura em Vigas de Concreto Armado e Reforçado com Fibras de Aço, Utilizando a Curva Tensão-Abertura de Fissura Alaor Leandro Rosa Dissertação de Mestrado aprovada pela banca examinadora constituída por:. Campinas, 17 de Março de 2005. iii.

(5) À minha mãe, Rosa Aparecida Rosa, Flor, Amor e Ternura.. Aos meus sobrinhos Gabriel, Samuel, Daniel e Moroni, por felicitarem-se com a minha presença. v.

(6) O mistério é a coisa mais nobre de que podemos ter experiência. É a emoção que se encontra no cerne da verdadeira ciência. Aquele que não sente essa emoção e que não pode mais se maravilhar nem se espantar, é como se já estivesse morto. Saber que aquilo que é impenetrável para nós verdadeiramente existe e se manifesta como a mais alta sabedoria e a mais radiosa beleza, que nossas limitadas faculdades só podem apreender em suas formas mais primitivas, esse conhecimento, esse sentimento, está no centro de toda verdadeira devoção”. Albert Einstein. vii.

(7) Agradecimentos Ao Prof. Dr. José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa pela constante orientação, pela confiança e por proporcionar as condições adequadas para a realização do trabalho; Ao Conselho Nacional de Pesquisa, Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, pelo apoio financeiro através da concessão da bolsa de estudos; À Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, pela oportunidade de aprimoramento intelectual; À secretária do Departamento de Estruturas (DES), Margaritta de Los A’ngeles Bello, sempre pronta a dispensar um minuto da sua atenção; À Alexandre Garcia pela disposição incondicional em me acolher, nos meus primeiros dias, aqui na cidade de Campinas; Ao grande amigo Rodrigo de Oliveira Santos, à Aline Sgreccias e à Sra. Sueli de Oliveira Santos, pelo constante incentivo e motivação; Aos amigos (a) da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP, em especial: Susana de Lima Pires, Adriana Ambrósio, Roberta Magalhães, Regina Mantovani Matsui, Luís Pedro C. P. F. e Almeida, Elias Nicolas, Estevão Xavier Volpini, Mariela Oliveira, Caio Rossatti, Arkana Kelly Silva Costa, Italo Guedes, Ulisses Ubadilla, Viviane Aguirre Amo e Rogério de Almeida.. ix.

(8) Resumo Rosa, A. L., Simulação Numérica de Processos de Fratura em Vigas de Concreto Armado e Reforçado com Fibras de Aço, Utilizando a Curva Tensão-Abertura de Fissura. Campinas, 2005. Dissertação de Mestrado, 187p. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Universidade Estadual de Campinas, Campinas, S.P., Brasil.. Este trabalho enfoca o estudo de processos de fratura em vigas de concreto, concreto reforçado com fibras de aço, concreto armado e concreto armado reforçado com fibras de aço, através da simulação numérica com o código de elementos finitos DIANA. O estudo envolve a área de pesquisa em materiais compósitos à base de cimento, resultantes da adição de fibras de aço descontínuas orientadas aleatoriamente, e a análise numérica de sólidos contendo fissuras. Foram realizadas simulações numéricas de processos de fratura em vigas, sob carregamento monotônico, de acordo com os modelos de fissura discreta (“discrete crack model”) e de fissura distribuída (“smeread crack model”). As curvas tensãoabertura de fissura ( σ − w ), que caracterizam o comportamento do concreto e do concreto reforçado com fibras de aço, após a tensão de tração ser atingida, foram obtidas por retroanálise de vigas entalhadas submetidas ao ensaio de flexão em três pontos. As simulações foram realizadas para comparar resultados numéricos e experimentais de vigas entalhadas carregadas em três pontos e vigas armadas projetadas para ruptura à flexão e ao esforço cortante. Em todos os casos, foram considerados espécimes sem e com adição de fibras de aço. Palavras-Chave: simulação numérica, análise não-linear, processos de fratura, concreto armado reforçado com fibras de aço, método dos elementos finitos.. xi.

(9) Abstract Rosa, A. L., Numerical Simulation of Fracture Processes in Concrete Beams with Conventional and Steel Fiber Reinforcements, Using the Stress-Crack Opening Relationship. Campinas, 2005. Master Thesis, 187p.. School of Civil Engineering, Architecture and Urban Design. State University of Campinas, S.P., Brazil.. This work addresses the study of fracture processes in concrete beams with conventional and steel fiber reinforcements, through numerical simulation with DIANA Finite Element Analysis code. The study include the research area of cementitious material composites, obtained from the addition of discrete and randomly oriented steel fibers to the concrete, and the area of numerical analysis of solids containing cracks. Numerical simulations of fracture processes in beams, subject to flexure and shear under monotonic load, were performed according to the smeared crack model and to the discrete crack model. The stresscrack opening curves ( σ − w ), used to characterize the material constitutive behavior of the concrete after tensile stress is reached, were obtained by inverse analysis of notched prismatic specimens subject to three-point-bending tests. The simulations were performed to compare numerical and experimental results from notched three-point-bending specimens and from reinforced beams designed for diagonal shear or flexural failure. Specimens with and without steel fibers were analyzed in all the cases. Keywords: numerical simulation, nonlinear analysis, fracture process, steel fiber reinforced concrete (SFRC), finite element method.. xiii.

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