Jefferson Heleno Brandão
Título
Análise Experimental e Numérica de Cascas de Concreto de Ultra-Alto Desempenho Reforçado com Fibras
Resumo
Um grande número de cascas finas de concreto foi construído no mundo nos anos 50 e 60, mas o uso de tais estruturas foi gradualmente abandonado nas últimas décadas. Este declínio deveu-se, entre outras causas, ao alto custo da construção, a dificuldades com armaduras e formas, e à complexidade do cálculo. Entretanto, avanços na tecnologia de computadores, modelagem do concreto e tecnologia do concreto criaram um novo paradigma para o projeto e construção de cascas de concreto. Este é o caso dos avanços em modelagem de concreto com o Método dos Elementos Finitos. Nas últimas décadas modelos de esmagamento e de fissuração do concreto, desenvolvidos principalmente no ambiente acadêmico de pesquisa, tornaram-se operacionais e foram implementados em programas comerciais. Além disto, os avanços em tecnologia de computação associam o desempenho de códigos de lançamento de malha, modelagem e visualização permitindo o efetivo uso de modelos complexos de elementos finitos para as análises cada vez mais desafiadoras. No que concerne a evolução dos materiais cimentíceos, os concretos de alto desempenho (CAD) e os concretos de ultra-alto desempenho reforçados com fibras (CUADRF) deixaram o mundo da pesquisa acadêmica transformando-se em produtos comerciais. Combinando alta durabilidade e alta resistência mecânica, estes novos materiais têm sido recentemente aplicados na construção de pontes, passarelas, cascas, dosséis, e outras estruturas inovadoras. Na presente tese o projeto de cascas de concreto é revisitado dentro do quadro destes novos paradigmas. Assim sendo, um código computacional comercial (DIANA de TNO-Delft) e um CUADRF comercial (DUCTAL® de Cimentos Lafarge) foram usados como base para o projeto de diversos tipos de cascas sem barras de armadura e sem protensão, mostrando que seções muito esbeltas podem ser utilizadas. Para ressaltar a precisão de tais análises, o protótipo de uma casca piramidal foi construído e ensaiado em laboratório. Os resultados indicaram que a análise numérica pode simular com precisão o comportamento da estrutura até à ruptura apontando para o potencial da aplicação dos novos materiais cimentíceos no futuro próximo.
Abstract
Many thin concrete shells have been built around the world from the 50’s to the 60’s, but their use has gradually declined over the past few decades. This decline has been due mainly to the high cost of construction, difficulties in dealing with reinforcement and formwork and the complexity of the analysis. However, advances in computer technology, concrete modeling and concrete technology have created a new paradigm for the design and construction of concrete shells. This is the case of the advances in concrete modeling using the Finite Element Method. For the last decades the crushing and cracking models developed mainly within the framework of academic research became operational and implemented in commercial codes. Also, the advances in computer technology combines performance of meshing, modeling and visualization allowing the effective use of complex finite element models for the most challenging analyses. In what concerns the evolution of cementitious materials, the high performance concretes (HPC) and ultra-high performance fiber reinforced concretes (UHPFRC), left the academic world to become an industrial product. Combining high durability with high mechanical strength these new materials have been recently applied to the construction of bridges, footbridges, shells, canopies, and other innovative structures. In this thesis the design of concrete shells is revisited from the point of view of these new paradigms. In this way, a commercial computer code (DIANA from TNO-Delft) and a commercial UHPFRC (DUCTAL® from Lafarge Cements) were used as bases to design several types of shells, without any reinforcement and prestressing, showing that very thin sections could be used. To stress the accuracy of such analyses, a prototype of a 10mm thick pyramidal shell made of DUCTAL® was constructed and tested in the laboratory. The results indicated that the numerical analysis can accurately simulate the structural behavior until failure and stressed the potential application of the new cementitious materials in the near future.
