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Type: TCC
Title: Eficácia de modelos micromecânicos na modelagem de estruturas de concreto de ultra alto desempenho reforçado com fibras de aço
Authors: Anjos, Daniel Nascimento Campos dos
Advisor: Melo, Carlos David Rodrigues
Keywords: Concreto de ultra alto desempenho;Homogeneização;Micromecânica;Método dos elementos finitos
Issue Date: 2019
Citation: ANJOS, Daniel Nascimento Campos dos. Eficácia de modelos micromecânicos na modelagem de estruturas de concreto de ultra alto desempenho reforçado com fibras de aço. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Campus de Crateús, Universidade Federal do Ceará, Crateús, 2019.
Abstract in Brazilian Portuguese: O concreto de ultra alto desempenho reforçado por fibras (CUADRF) é um material que possui características excepcionais de resistência à compressão, durabilidade e ductilidade. Portanto, apresenta-se como alternativa na elaboração de projetos estruturais que possuam condições específicas de agressividade, seja por ação de agentes deletérios ou cargas estruturais elevadas. O CUADRF é utilizado preponderantemente em recuperação e reparo de estruturas. A aplicação em larga escala do CUADRF enfrenta barreiras principalmente devido ao alto custo e a falta de parâmetros normativos para atender aos requisitos de projeto. A caracterização do comportamento mecânico do CUADRF depende primordialmente da interação entre as fases que compõe a mistura, que induz a necessidade de uma análise multiescalar para definir o desempenho global do material. O presente trabalho visa avaliar a precisão dos principais modelos de homogeneização micromecânica na obtenção dos parâmetros mecânicos do CUADRF. Isto é feito comparando os resultados da abordagem micromecânica com resultados experimentais obtidos na literatura. Em seguida, esses modelos são implementados como subrotinas de usuário UMAT no software ABAQUS® que é utilizado para realizar a avaliação do comportamento mecânico de uma viga por meio do método dos elementos finitos. Os modelos de homogeneização adotados no presente trabalho são: Mori-Tanaka, Auto Consistente, Voigt (limite superior) e Reuss (limite inferior). Os resultados obtidos pelos modelos Mori-Tanaka e Auto Consistente indicam uma diferença para os valores experimentais do módulo de elasticidade entre 2% e 3%, enquanto para o coeficiente de Poisson essa diferença é inferior a 2%. Os modelos de Voigt e Reuss apresentaram-se imprecisos para determinar o módulo de elasticidade e não devem ser utilizados para determinar o coeficiente de Poisson devido às hipóteses adotadas em sua formulação. O comportamento mecânico da viga denota elevada rigidez, produzindo pequenas deformações para carregamentos elevados. Além disso, as tensões internas mostraram variar linearmente a uma variação de 2% da fração volumétrica de fibras de aço para o modelo Mori-Tanaka. Por fim, a abordagem micromecânica pode ser aplicada ao CUADRF com grau de precisão satisfatório e pode ser utilizada como um complemento para reduzir custos em um extenso processo de dosagem experimental.
Abstract: Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) is a material that has exceptional compressive strength, durability and ductility. Therefore, it presents to be an alternative in the improvement of structural designs that have specific conditions of aggressiveness due to deleterious agents or high structural loads. UHPFRC is currently used predominantly in the rehabilitation and repair of structures. The large-scale application of UHPFRC faces barriers mainly due to the high cost and the lack of normative parameters to design requirements. The characterization of the mechanical behavior of UHPFRC depends primarily on the interaction between the phases that compose the mixture, that induce a requirement of a multiscale analysis to define the overall performance of the material. The present work aims to evaluate the accuracy of the principal micromechanical homogenization models to obtain the mechanical parameters of UHPFRC. This is done by comparing the results of the micromechanical approach with experimental results obtained from the literature. These models are implemented as UMAT user subroutines in ABAQUS® software, which is then used to performs evaluate of the mechanical behavior of a beam by using the finite element method. The homogenization models adopted in the present work are: Mori-Tanaka, Self Consistent, Voigt (upper limit) and Reuss (lower limit). The results obtained by Mori-Tanaka and Auto Consistent models indicate a difference for the experimental values of the Young modulus between 2% and 3%, while for the Poisson's ratio this difference is around 2%. On the other hand, the Voigt and Reuss models presented to be inaccurate to determine the Young modulus and should not be used to determine the Poisson's ratio due to the assumptions adopted in its formulation. The mechanical behavior of the beam denotes high stiffness, producing small deformations for high loads. furthermore, the inner stresses have been shown to vary linearly at a steel fiber volumetric fraction variation of 2% for the Mori-Tanaka model. Finally, the micromechanical approach can be applied to UHPFRC with a satisfactory degree of accuracy and can be used as a complement to lower costs in an extensive experimental dosing process.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/48395
Appears in Collections:ENGENHARIA CIVIL - CRATEÚS - Monografias

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