Simulação pelo método dos elementos finitos de peças em concreto têxtil

Abstract

A utilização do concreto armado na Engenharia Civil, iniciada por volta do meio do século XIX, se mantém, até os dias atuais, em constante evolução. Com um consumo anual médio de concreto estimado em 11 bilhões de toneladas (2009), juntamente à crescente preocupação ambiental, torna-se vital a busca por soluções estruturais que minimizem a agressão ao ambiente. Assim, diante da necessidade de estruturas com melhor sustentabilidade, desempenho, durabilidade e menor necessidade de manutenção, o Concreto Têxtil (TRC) surge como alternativa ao concreto armado. O TRC é formado pela união do concreto fino, em geral de alta resistência à compressão, com um reticulado têxtil de elevada resistência à tração feito à base de fibras de basalto, carbono ou vidro. A compreensão do comportamento deste novo compósito exige métodos de análise mais refinados. Dentre os métodos existentes, este trabalho deu enfoque a utilização do método dos elementos finitos (MEF), o qual possibilita desenvolver análises não lineares de estruturas em concreto têxtil. Para tanto, foi utilizado o programa comercial ANSYS versão 17.2, no qual se customizou a subrotina USERMAT para implementação dos modelos constitutivos do concreto. As não linearidades físicas e geométricas são incluídas ao modelo, de maneira que as respostas obtidas podem ser avaliadas desde os primeiros estágios de carga até a ruptura. Por meio do MEF, foi realizada a modificação e calibração do Tension Stiffening para peças em concreto têxtil. Assim, o objetivo deste trabalho é realizar uma análise numérica de peças solicitadas à tração uniaxial e flexão simples, de maneira a se obter um melhor entendimento do comportamento estrutural deste novo compósito. Para tanto, foi utilizado como base os experimentos realizados por Kulas (2013). Ao total, foram simulados quatorze ensaios de tração uniaxial, dezesseis de flexão simples em lajes e seis de flexão simples em vigas I. Os modelos numéricos apresentaram comportamento condizente ao identificado por meio dos ensaios experimentais.

The usage of reinforced concrete in Civil Engineering, which has begun during the 19th century, is still in steady development. With an average annual concrete consumption of 11 billion tons, in addition to a growing environmental concern, it is vital to search for structural solutions that minimize environmental aggression. Therefore, in view of the need for structures with better sustainability, performance, durability and less maintenance, Textile Concrete (TRC) has been found as a great alternative to reinforced concrete. The TRC is formed through the combination of fine concrete, usually of high compressive strength, with a textile reinforcement of high tensile strength made of Basalt, Carbon or Glass fibers. To understand the behavior of this new composite, it is required a refined analysis’ method. Among the current methods, this work has focused on the finite element method (FEM), which allows the development of nonlinear analysis for textile concrete structures. Therefore, the commercial program ANSYS version 17.2 was used, wherein the USERMAT subroutine was adapted to implement the concrete’s constitutive models. The physical and geometric nonlinearities are included in the model, by doing that, the structures’ outcomes can be evaluated from the first stages of loading until rupture. Through the MEF, the Tension Stiffening was modified and calibrated according to the textile concrete. Thus, the objective of this work is to perform a numerical analysis of textile structures under uniaxial tensile and bending test, in order to obtain a better structural behavior understanding from this new composite. To do so, the experiments performed by Kulas (2013) was chosen to be numerically modelled. At last, it was simulated fourteen uniaxial tensile tests, sixteen slabs under bending test and six I – beams under bending tests. The numerical models had shown behavior similar to the ones identified through experimental tests.