Simulação da fadiga do concreto simples

Abstract

Nas últimas décadas foram desenvolvidos e implementados vários modelos numéricos para simular a fadiga no concreto. Os modelos de zonas coesivas podem prever a relação tensãoseparação que existe no processo de fratura, assim como o acúmulo de dano devido a cargas cíclicas. Apesar de avanços na busca para se descrever um modelo que possa descrever o comportamento e os aspectos fenomenológicos da fadiga do concreto, ainda há muito o que se desenvolver. Na presente dissertação busca-se formular um modelo coesivo capaz de simular o processo de fadiga do concreto. Este modelo possui diversos parâmetros capazes de prever o comportamento em condições de cargas cíclicas através do método dos elementos finitos em conjunto com uma formulação de zona coesiva cíclica irreversível. O processo de fissuração é representado de maneira discreta através do uso de elementos de interface considerando o restante do material linear-elástico sob a hipótese do estado plano de deformações. São simulados o comportamento de vigas de concreto simples submetidas a flexão em três pontos considerando carregamento estático e cíclico, de amplitude constante e crescente. São avaliados a sensibilidade do modelo em relação a variação dos parâmetros do modelo de zona coesiva e das funções de dano e sua influência no comportamento tanto do crescimento de trinca bem como a influência na vida em fadiga dos mesmos. Curvas de Wöhler são analisadas para descrever o comportamento do concreto submetido a diferentes níveis de tensões. Os resultados das simulações numéricas são comparados com resultados experimentais disponíveis na literatura. De maneira geral os resultados obtidos demonstraram a validade do modelo na simulação comportamento estático e cíclico dos elementos, assim como foi capaz de capturar a evolução da zona de processo de fratura e da propagação de trincas do concreto.

In recent decades, several numerical models have been developed and implemented to simulate fatigue in concrete. Cohesive zone models can predict the traction-separation relationship in the fracture process and damage accumulation due to cyclic loading. Despite advances in the search for a model that can describe the behavior and phenomenological aspects of concrete fatigue, there is still much to be developed. In the present dissertation, we seek to formulate a cohesive model capable of simulating the concrete fatigue process. This model has several parameters capable of predicting behavior under cyclic loading conditions through the finite element method in conjunction with an irreversible cyclic cohesive zone formulation. The cracking process is represented in a discrete way through the use of interface elements, considering the rest of the material as linear-elastic under the assumption of plane strain. The behavior of plain concrete beams subjected to bending at three points considering static and cyclic loading of constant and increasing amplitude are simulated. The sensitivity of the model is evaluated in relation to the variation of the parameters of the cohesive zone model and the damage functions and its influence on the behavior of both crack growth and the influence on their fatigue life. Wöhler curves are analyzed to describe the behavior of concrete subjected to different stress levels. The results of numerical simulations are compared with experimental results available in the literature. In general, the results obtained demonstrate the validity of the model in simulating the static and cyclic behavior of the elements, as well as being able to capture the evolution of the fracture process zone and the crack growth of concrete.