Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto Utilizando Programas de Análise Estrutural

273 Pages·2002·8.33 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL
Análise de Fraturamento em
Estruturas de Concreto Utilizando
Programas de Análise Estrutural
Rafael Alves de Souza
Orientador: Prof. Dr. Túlio Nogueira Bittencourt
Co-Orientador: Prof. Dr. José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa
Dissertação de Mestrado apresentada à
Comissão de pós-graduação da Faculdade
de Engenharia Civil da Universidade
Estadual de Campinas, para obtenção do
título de Mestre em Engenharia Civil, na
área de concentração de Estruturas.
Campinas, SP
2001
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto
Utilizando Programas de Análise Estrutural
Engº Rafael Alves de Souza
Dissertação de Mestrado apresentada à banca examinadora constituída por:
Profº Dr. Túlio Nogueira Bittencourt
Orientador - FEC / UNICAMP
Profº Dr. Armando Lopes Moreno Jr.
FEC / UNICAMP
Profº Dr. Wilson Sérgio Venturini
EESC / USP
Campinas, 14 de Maio de 2001.
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP
Souza, Rafael Alves de
So89a Análise de fraturamento em estruturas de concreto
utilizando programas de análise estrutural / Rafael Alves
de Souza.--Campinas, SP: [s.n.], 2001.
Orientador: Túlio Nogueira Bittencourt.
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de
Campinas, Faculdade de Engenharia Civil.
1. Concreto armado - Fratura. 2. Mecânica da fratura.
3. Simulação (Computadores). 4. Método dos elementos
finitos. 5. Análise numérica. I. Bittencourt, Túlio
Nogueira. II. Universidade Estadual de Campinas.
Faculdade de Engenharia Civil. III. Título.
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto utilizando Programas de Análise Estrutural
Resumo
Souza, R. A. . Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto Utilizando
Programas de Análise Estrutural. Campinas, Faculdade de Engenharia Civil,
Universidade Estadual de Campinas, 2000. 249 p. Dissertação.
Este trabalho aborda a análise de problemas de fraturamento em estruturas de
concreto simples e armado, utilizando recursos de análise não-linear de programas de
análise estrutural de domínio público e comercial. Problemas complexos de estruturas de
concreto que apresentam fissuras potencialmente perigosas são estudadas utilizando tais
programas, que utilizam ferramentas como o Método dos Elementos Finitos e Mecânica da
Fratura, capazes de prever a propagação de fissuras no concreto, com ou sem armadura.
São abordados tanto problemas provenientes de ensaios laboratoriais quanto de estruturas
reais e os casos são analisados utilizando os programas FRANC2D, QUEBRA2D, ADINA,
FRANC3D e ANSYS.
Palavras Chave: Fratura, concreto, análise estrutural, simulação computacional,
modelagem.
Abstract
Souza, R. A. . Fracture Analysis of Concrete Structures by Utilization of Computer
Programs. Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas,
2000. 249p. Dissertation.
This dissertation addresses fracture problems in plain and reinforced concrete,
taking the advantages of non-linear analysis of educational and commercial software.
Complex problems of concrete structures that develop critical cracks are the topic of this
work. Crack propagation and localization are modeled using Finite Element Method (FEM)
and Fracture Mechanics. Real crack behavior data obtained from laboratory tests and
existing structures are compared against those obtained with the following software
packages: FRANC2D, FRANC3D, QUEBRA2D, ANSYS and ADINA.
Key Words: Fracture, concrete, structural analysis, computational simulation, modelling.
Rafael Alves de Souza i
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto utilizando Programas de Análise Estrutural
ii Rafael Alves de Souza
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto utilizando Programas de Análise Estrutural
“Olha Pai: um esqueleto de concreto!”
Rafael A. S.
Rafael Alves de Souza iii
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto utilizando Programas de Análise Estrutural
iv Rafael Alves de Souza
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto utilizando Programas de Análise Estrutural
Agradecimentos
• Acima de tudo ao meu bom DEUS, sempre presente e iluminando a minha vida e os
meus caminhos;
• Aos meus pais, Nilson Evelázio de Souza e Ângela Maria Alves de Souza, pelo
constante interesse e estímulo em minha educação, pelo amor mútuo e por me
tornarem o espelho que sou deles: na determinação, honestidade e ousadia;
• A todos meus familiares e principalmente aos meus irmãos, Nilsinho e Vinícius,
pela amizade e pelo carinho;
• À Luciana Arena Silva, pelo amor, pela inspiração e pela paciência em me esperar!
• Aos amigos da República Paraná (Leandro Vanalli, Odair Pastor Ferreira e Eduardo
César Meurer) e do curso de pós-graduação em Engenharia Civil, em especial:
Everaldo Bonaldo, Carlos Frederico, Elias Nicolas, Edivaldo Jr, Rodrigo Ribeiro
Paccola, Gustavo Longhin, Newton Damasio dos Santos, André Fujimoto, Fabio
Henrique Campos Mauad, Edimar Cesar Rylo, Jefferson Cassiano, Prof. Francisco
Antonio Menezes, Prof. Flávio de Oliveira Costa e Prof. Philippe Remy Bernard
Devloo.
• Aos grandes amigos: Leandro Vanalli, Alexandre Barbeta de Souza, Luiz Carlos
Bulla e Raimundo Sérgio Soarez (“Fazer novos amigos é fácil, difícil é conservar
as velhas amizades!”);
• Aos meus orientadores, José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa e Túlio Nogueira
Bittencourt;
• E finalmente, à FAPESP pelo suporte financeiro e pela confiança.
Rafael Alves de Souza v
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto utilizando Programas de Análise Estrutural
vi Rafael Alves de Souza
Análise de Fraturamento em Estruturas de Concreto utilizando Programas de Análise Estrutural
Sumário
Página
Lista de Tabelas vii
Lista de Figuras x
Lista de Símbolos, Siglas e Abreviaturas xvi
1 Introdução 1
2 Objetivos 5
3 Acidentes Estruturais 7
4 Fraturamento em Estruturas de Concreto 15
5 Configurações de Fissuração em Estruturas de Concreto 19
5.1 Causas das Formações de Fissuras 19
5.2 Tipos de Fissuras 21
5.3 Fissuras Causadas pela Atuação de Sobrecargas 22
6 Mecânica da Fratura 31
6.1 Evolução Histórica da Mecânica da Fratura 32
6.2 Conceitos Básicos de Mecânica da Fratura Elástica Linear(MFEL) 37
6.2.1 Modos de Fraturamento 38
6.2.2 Concentrações de Tensões 39
6.2.3 Campo de Tensões no Fronte da Fissura e Fator de Intensidade
de Tensões 43
6.2.4 Energia de Fraturamento 44
6.3 Comparação com a Resistência dos Materiais 46
6.4 Mecânica da Fratura Aplicada ao Concreto 49
Rafael Alves de Souza vii