Estudo numérico-experimental da fadiga em concretos submetidos a compressão cíclica: proposição de um modelo de dano acumulado

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Félix, Emerson Felipe
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: accumulate damage; compressão cíclica; concrete fatigue; cyclical compression; dano acumulado; fadiga no concreto; finite element method; método dos elementos finitos; modelagem numérica; numerical modeling
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-11072022-100440/

O mecanismo de degradação do concreto por fadiga está relacionado à deterioração e à danificação do compósito quando submetido a carregamentos cíclicos. De modo geral, a deterioração do material observada em estudos experimentais, conduzidos com cargas cíclicas, ocorre de forma análoga aos ensaios com cargas estáticas. No entanto, o modo de propagação das fissuras, a velocidade de propagação e o dano podem ser diferentes em função da amplitude e da taxa de carregamento. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivos a investigação experimental do comportamento do concreto na fadiga à compressão, e o desenvolvimento de formulações analíticas e de modelos numéricos que subsidiem análises de previsão da vida útil à fadiga e na avaliação do nível de dano acumulado nos ciclos de carregamento. No estudo experimental, são avaliados concretos com três classes de resistência (30, 50 e 70 MPa) e distintas configurações de carregamento. As cargas impostas consideram três diferentes frequências (0,125, 0,25 e 0,5 Hz) com dois níveis de tensão máxima (50% e 70% da resistência à compressão). Dos resultados obtidos experimentalmente, foi possível avaliar a influência dos parâmetros investigados, demonstrando a necessidade da incorporação dos mesmos nos estudos e desenvolvimento de modelos da vida útil à fadiga do concreto. As formulações desenvolvidas são acopladas a um código numérico gerado via Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP), sob formulação Lagrangeana total, com lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff e comportamentos não linear geométrico e físico. A não linearidade geométrica é inserida de modo natural pelo MEFP. Para a representação da não linearidade física, o modelo de dano de Mazars é utilizado, conduzindo algumas modificações na sua implementação para que fosse possível representar carregamentos cíclicos. Acrescenta-se que uma abordagem numérica inovadora, baseada na técnica de embutimento, foi empregada para criar malhas fantasmas, onde o tempo de processamento da análise mecânica é significativamente otimizado. Quanto aos modelos desenvolvidos e implementados, os mesmos foram avaliados por meio de dez exemplos numéricos, onde os resultados demonstram a aplicabilidade das formulações propostas e que os códigos gerados se apresentam como ferramentas alternativas e eficientes para a simulação do concreto considerando a fadiga na compressão cíclica.