Modelagem numérica de segmentos de túneis em CRFA: influência dos constituintes do material e contato entre os segmentos

• Processo: 25/06405-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Civil - Estruturas
• Pesquisador responsável: Luís Antônio Guimarães Bitencourt Júnior
• Beneficiário: Pedro Geovani de Oliveira Sperandio
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/03179-0 - Modelagem multiescala do concreto simples e reforçado com fibras de aço e sua aplicação na predição do comportamento de elementos estruturais, AP.PNGP.PI
• Assunto(s): Fratura Túneis Estruturas de concreto
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: aduelas | contato | Crfa | fratura | mesoescala | Túneis | Estruturas de concreto

Resumo

Fibras de aço descontinuas têm sido adicionadas ao concreto como reforço primário visando evitar rupturas abrutas à tração do material com baixa capacidade de deformação. O principal papel desempenhado pelas fibras fica mais evidente após a fissuração da matriz cimentícia, momento no qual as fibras oferecem resistência à propagação de fissuras através da transferência de tensões entre suas faces, proporcionando a manutenção de uma certa capacidade de carga e evitando uma ruptura repentina do compósito. O grande potencial deste compósito denominado concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) tem proporcionado sua aplicação como material estrutural tanto para melhorar o comportamento de elementos estruturais no Estado Limite de Serviço (ELS), reduzindo a abertura de fissuras e o espaçamento entre elas, quanto ao Estado Limite Último (ELU), melhorando a tenacidade do material e, consequentemente, a possibilidade de substituir parcial ou totalmente as armaduras (reforços) convencionais. Para os próximos anos, com a publicação recente da norma NBR 16935 - Projeto de estruturas de concreto reforçado com fibras (2020), o uso do CRFA em obras nacionais de infraestrutura deve ser impulsionado. Neste sentido, segmentos pré-moldados de concreto reforçados com fibras de aço têm ganhado destaque na construção de túneis nos últimos anos, devido ao aprimoramento do desempenho mecânico proporcionado por esse sistema de reforço. No entanto, apesar da potencialidade do CRFA como material estrutural, ainda há um ceticismo pelo mercado de seu emprego que está diretamente relacionado à variabilidade apresentada por ensaios experimentais de laboratório realizados em elementos estruturais e ensaios de caracterização do material. Além disso, o comportamento do compósito pode ser influenciado por diversos parâmetros, como a estrutura da matriz de concreto; material, forma e geometria da fibra; teor de fibra; distribuição das fibras e estrutura de interface fibra/matriz. Desta forma, desenvolver pesquisas considerando todos os fatores e suas combinações que podem influenciar na resposta mecânica do compósito com foco apenas em investigações experimentais é um processo muito oneroso e lento. Este projeto de pesquisa visa contribuir através de um estudo numérico na predição do comportamento de segmentos de CRFA, considerando a influência dos constituintes do material, bem como considerar a interação entre as aduelas (juntas) de anéis segmentados de túneis. Será empregado uma ferramenta numérica que vem sendo desenvolvida pelo grupo de pesquisa ao qual este projeto está vinculado, o qual deverá ser adaptado para representar explicitamente todos os constituintes do material que influenciam, em nível mesoscópico, seu comportamento. Além disso, será avaliada a utilização de elementos finitos de acoplamento e modelos constitutivos baseados na mecânica do dano para representar o contato entre os segmentos.