Análise da confiabilidade de vigas em concreto armado reforçado com fibras de aço em relação aos esforços transversais - Titello, Eduardo Pagnussat (2020)
Esta dissertação tem por objetivo analisar a confiabilidade de vigas em concreto armado reforçado com fibras de aço em relação aos esforços transversais, verificando a possibilidade de substituição das armaduras transversais por fibras de aço, mediante manutenção da confiabilidade estrutural. Para realização da modelagem numérica é empregado o método dos elementos finitos (MEF) através do software ANSYS. Para avaliação da confiabilidade estrutural é desenvolvida uma ferramenta na forma de uma biblioteca em Python. Nessa ferramenta são implementados o método de confiabilidade de primeira ordem (FORM) e o método de Monte Carlo. A ferramenta é construída de forma a aceitar funções de estado limite explícitas e implícitas. É ainda implementado nessa um módulo que permite o acoplamento da linguagem Python ao software ANSYS, permitindo a avaliação da confiabilidade estrutural de estruturas modeladas através do MEF. A fim de melhor representar os elementos estruturais, são implementados no software ANSYS, através da subrotina usermat, novos modelos constitutivos para representação do concreto e do concreto reforçado com fibras de aço (CRFA). Para o concreto é adotada a superfície de ruptura de Ottosen, enquanto para o CRFA é adotada uma variante da superfície de Willam-Warnke. Na modelagem de ambos materiais é empregado o modelo de fissuras distribuídas e é considerado o efeito de tension-stiffening, no qual é introduzido um novo critério para melhor representar vigas sem reforços transversais. Dados experimentais disponíveis na literatura são empregados para validação dos modelos numéricos. São dimensionadas vigas conforme as prescrições da NBR-6118:2014, reforçadas transversalmente por estribos, empregando diferentes resistências de concreto e taxas de armadura longitudinal. Essas são modeladas numericamente adotando como reforço transversal: a armadura dimensionada, taxas usuais de fibras (0,5%, 1,0% e 2,0%), ou nenhum reforço; determinando as cargas de ruptura, modos de falha e diagramas carga-deslocamento. Os índices de confiabilidade para as vigas modeladas são obtidos exclusivamente através do método FORM, considerando como variáveis aleatórias a resistência do concreto, as tensões de escoamento das armaduras, o volume de fibras e os carregamentos permanente e acidental. Conclui-se que a substituição dos estribos por fibras de aço é viável, produzindo vigas de maior rigidez e carga última. Todavia, é necessária maior atenção ao nível de confiabilidade obtido, visto que o comportamento das fibras de aço apresenta maior dependência da matriz cimentícia, que apresenta maior variabilidade em suas propriedades.