Modelo de interfaces coesivas aplicado à fratura de concretos de ultra-alto desempenho reforçados com fibras

Abstract

Esta dissertação estudou diferentes formulações para determinação da melhor relação coesiva de Concretos de Ultra Alto Desempenho Reforçados com Fibras, tendo como objetivo principal modelar computacionalmente os ensaios de flexão a três pontos. A importância desse estudo se justifica pelo fato de que este novo tipo de concreto possui um processo de fratura altamente não linear devido ao efeito de ponteamento por fibras. A não linearidade do processo de fratura nesses concretos especiais foi representada utilizando uma metodologia discreta de elementos finitos: interfaces coesivas; implementada no programa de elementos finitos METAFOR. Foram estudados dois traços de Concretos de Ultra Alto Desempenho Reforçados com Fibras, um traço com 1% (volume) de mini fibras de aço e o outro com 2%(volume); destaca-se ainda que foram utilizados rejeitos industriais com substitutos parciais do cimento. Os resultados das simulações numéricas foram comparados com dados experimentais para verificação da qualidade dos ajustes. Obteve-se uma alta tenacidade para os concretos estudados. A análise inversa revelou que os concretos em estudo não possuem pseudo endurecimento por deformação. Dentre os três modelos coesivos adotados, verificou-se que os melhores ajustes das curvas força x flecha numéricas foram obtidos com as relações da análise inversa. Fazendo um estudo da concentração de tensões encontraram-se tensões trativas superiores nas vigas com 2% em volume de fibras em diferentes estágios de flexão; e para grandes aberturas de trincas, aproximadamente 7,5mm ainda existe uma grande concentração de forças trativas na ponta da trinca.

This thesis studied different formulations for determining the best cohesive relation for UltraHigh Performance Fiber Reinforced Concrete. The main objective was to computationally model the three point bending tests. The significance of this study is the fact that this new kind of concrete has a highly non-linear fracture process due to the fiber bridging effect. The non-linearity of the fracture process in these special concretes was represented using the discrete Finite Elements methodology: cohesive interfaces; implemented in the program METAFOR. Two mixes of Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete were under study, one mix with 1%(Vol) of mini steel fibers and the other with 2%(Vol); another important fact is that in the mixes were used industrial rejects as partial substitutes of cement. The results of the numerical were compared with the experimental data to verify the quality of the adjustments. The inverse analysis showed that the concretes in study do not have the strain hardening behavior. Among the three cohesive models adopted, it was observed that the best adjust for the deflection force curves were obtained with the cohesive relations obtained from the inverse analysis. While doing a study of the tensions’ concentration, there were found larger tensile tensions on the 2% beams in different stages of flexion; and for large crack mouth openings, approximately 7.5mm, there still is a large concentration of tensions on the tip of the crack.