Projeto de vigas de CRFA auxiliado por um modelo numérico em multiescala

Resumo

Atualmente, sabe-se que a adição de um pequeno volume de fibras de aço pode aumentar a ductilidade e tenacidade do concreto, resultando no então denominado Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA). Contudo, embora o uso do CRFA em aplicações estruturais tenha sido impulsionado nos últimos anos, o seu uso no mercado ainda é muito restrito em relação a sua potencialidade, devido principalmente a falta de prescrições normativas.A desconfiança atrelada ao uso do CRFA como material estrutural também está diretamente relacionada a variabilidade de respostas apresentada pelo material em ensaios experimentais, que podem ser influenciados por vários parâmetros como a matriz de concreto; material, forma e geometria das fibras; quantidade e distribuição das fibras; e estrutura da interface fibra/matriz. Fazer um estudo cobrindo todas essas variáveis e combinações que influenciam o seu comportamento, usando apenas investigações experimentais, seria muito oneroso e lento. Recentemente, vários modelos numéricos têm sido propostos com uma abordagem que considera a contribuição das fibras de aço, concreto e interação fibra/matriz de forma totalmente independente. Estes modelos podem ser muito úteis para simular diversos casos, variando o tipo, disposição e distribuição das fibras e sua interação com o concreto. Assim, um modelo numérico com esta abordagem apresenta-se como uma forma natural e mais apropriada para simular o comportamento pós-fissuração deste tipo de compósito e viabilizar sua aplicação em elementos estruturais. Neste sentido, esta pesquisa visa contribuir para o projeto de vigas de CRFA auxiliado por um modelo numérico em multiescala proposto por Bitencourt Jr. et al. (2019) com representação discreta e explícita das fibras de aço. Na primeira etapa da pesquisa, serão realizados ensaios experimentais que serão fundamentais para aprimorar e validar o modelo numérico. Serão realizados ensaios de arrancamento de fibras, para obter o comportamento na interação fibra/matriz, incluindo o efeito dos ganchos na resposta; ensaios de caracterização para obtenção do comportamento pós-fissuração, e consequentemente, dos parâmetros de desempenho; ensaios de vigas de CRFA para avaliar seu comportamento ao estado limite último e de serviço; e ensaio indutivo dos ensaios de caracterização e vigas, para adicionar a distribuição das fibras como uma variável influente das respostas dos respectivos ensaios realizados. A segunda etapa consistirá no aprimoramento do modelo numérico, a fim de representar o efeito da interação interação fibra/matriz a partir dos ensaios experimentais de arrancamento realizados; desenvolver modelos não uniformes de distribuição e orientação de fibras para levar em consideração o efeito de segregação de fibras, direção e procedimento de moldagem; e otimizar o programa computacional para realizar análises mais robustas com um menor tempo de processamento, através do emprego de modelos multiescala concorrentes, nos quais as fibras serão consideradas somente nas regiões propícias ao surgimento de fissuras e utilização de bibliotecas de paralelização, como por exemplo a PARDISO, para solução de sistemas não lineares. Na terceira etapa, as vigas dimensionadas e experimentalmente ensaiadas, serão simuladas numericamente e os resultados serão comparados em termos de aberturas de fissuras, espaçamento entre fissuras, deflexão e cargas de serviço e última. Será também estudada a influência da adoção de parâmetros de desempenho numéricos e experimentais no projeto de vigas de CRFA à flexão e ao cisalhamento de acordo com o fib Model Code 2010 (2013). Espera-se no final desta pesquisa, obter uma ferramenta numérica capaz de simular elementos estruturais de CRFA, incluindo o trecho pós-fissuração, a fim de contribuir para um melhor entendimento das variáveis que influenciam o seu comportamento e, consequentemente, contribuir para futura normalização e disseminação do uso deste compósito como material estrutural. (AU)