Modelos de Dano para Pórticos de Aço e de Concreto Armado

Abstract

As estruturas quando submetidas a solicitações podem apresentar o desenvolvimento de fissuração ao longo desse processo, sejam essas estruturas feitas de aço ou de concreto armado. O comportamento mecânico sofre mudanças e a resposta devido a tais solicitações com a presença de fissuras pode resultar em complicações caso a avaliação correta não tenha sido feita. Tal avaliação depende da precisão do modelo de cálculo que busca descrever essa realidade física. Essa descrição, para ambos os tipos de materiais, pode ser feita por meio dos conceitos básicos expostos pela mecânica da fratura, por exemplo. Dessa forma, o presente trabalho propõe duas formulações distintas para a avaliação do fenômeno físico da fissuração: a primeira referente a estruturas de aço quando submetidas ao mecanismo de fadiga e a segunda relativa a estruturas de concreto armado quando submetidas a solicitações mecânicas gerais. No primeiro modelo, abrangem-se os aspectos relevantes para descrição de fadiga de ultra-baixo, baixo e alto ciclo, em condições estacionárias e não estacionárias, e propõe-se relações constitutivas para avaliação do início e da evolução da fissuração, considerando a Teoria do Dano Concentrado (TDC). Já no segundo, desenvolve-se uma nova lei de dano, que também avalia a fissuração, sendo essa obtida a partir do potencial termodinâmico da Energia Livre de Gibbs, proveniente da Termodinâmica de Pórticos, a qual também considera a TDC. Os resultados numéricos de ambos os modelos para pórticos são comparados com resultados experimentais presentes na literatura. No modelo de aço, um elemento finito é implementado no software ABAQUS®. A introdução da variável de pré-dano permite a identificação do número de ciclos necessários para fratura, onde tais valores numéricos se apresentam muito próximos aos experimentais: para o teste estacionário SP-6 e para o não- estacionário SP-2, por exemplo, de acordo com os dados experimentais a fratura se inicia no ciclo 5 e 17, e os valores numéricos são de 4.85 e 17.85, respectivamente. Já no modelo de concreto armado, os valores de dano plástico e dano último variam entre 0,3-0,5 e 0,7-0,85, respectivamente, margem de valores a qual é distinta da TDC. Observa-se, portanto, que nos dois casos foram propostas ferramentas com potencial para descrever o aparecimento e evolução de fissuras, tanto para a análise quanto para a implementação computacional.