FUNDAMENTOS PARA O PROJETO DE VIGAS DE CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO COM SUPORTE DE TÉCNICAS DE OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA
Concreto com fibras de aço. SIMP. ABAQUS ® . Plasticidade. Drucker-Prager
Nos últimos anos, os elementos estruturais de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) tiveram sua utilização impulsionada em razão do desenvolvimento técnico e de pesquisas que possibilitaram a compreensão do comportamento mecânico deste material. Com o objetivo de melhorar a ductilidade e tenacidade do concreto, as fibras de aço incorporadas de maneira randômica à mistura são uma alternativa para reforçar o concreto em um estágio pós-fissuração.
No entanto, apesar de diversos avanços nas aplicações, ainda há um campo de pesquisa aberto sobre o emprego de técnica de otimização estrutural para este material. Em termos de modelos constitutivos, o CRFA é considerado um material heterogêneo. Com a teoria de homogeneização, baseada na micromecânica dos campos médios, pode-se definir as propriedades elásticas efetivas para o material homogeneizado, de posse das propriedades dos constituintes e da dosagem da mistura. Buscando-se a previsão do comportamento pós-fissuração, pode-se adotar um critério de resistência para a caracterização do compósito. Nesse contexto, o modelo de Drucker-Prager é utilizado como um critério de análise limite na interface da matriz-fibra, possibilitando a avaliação dos parâmetros de resistência do material homogeneizado. Neste trabalho, contribui-se para os fundamentos de projeto de estruturas assistido por técnicas de otimização topológica, por meio da análise numérica em elementos finitos no software ABAQUS®, com a utilização de modelos de homogeneização em associação com o método SIMP. Nos exemplos apresentados, valida-se a otimização topológica para materiais elastoplásticos, especificamente para a análise de vigas. Observa-se nos resultados a influência dos parâmetros do procedimento de otimização, a dosagem da mistura e os requisitos de projeto de acordo com as referências normativas. Com o objetivo de fundamentar uma metodologia de análise que proporcione a utilização de elementos mais leves e resistentes, sem as tradicionais barras de aço incorporadas ao concreto, verifica-se no estudo de caso que, para os concretos convencionais, as armaduras são necessárias para a garantia de uma ruptura dúctil.