Armadura e perda de aderência em estruturas de concreto armado

O núcleo numérico do INSANE possui recursos que possibilitam a elaboração de modelos capazes de representar estruturas de concreto armado, levando em considerando a não linearidade física do concreto, do aço e a inclusão da perda de aderência entre estes materiais.  Para exemplificar a capacidade do sistema em simular a perda de aderência, bem com, avaliar a tensão de aderência entre o aço e o concreto, apresenta-se a seguir a simulação numérica do ensaio de arrancamento direto (pull-out test).

O ensaio de arranchamento é normalizado pelo RILEM/CEB/FIP RC6 (Comité Euro-International du Béton – CEB, 1983) e pela American Society for Testing and Materials – ASTM (1991). Tal ensaio consiste em arrancar uma barra de aço solidarizada a um corpo de prova de concreto. Como o ensaio tem o objetivo de estudar a relação entre a tensão de aderência e o escorregamento da barra, as duas extremidades da barra de aço são projetadas para fora do corpo de prova, para que assim, seja possível aplicar a força de arrancamento em uma das extremidades enquanto o escorregamento é medido na extremidade oposta (Figura 1).

Figura 1 – Caracterização do ensaio de arrancamento

O ensaio de arrancamento foi idealizado no INSANE por meio de um modelo de elementos finitos, onde se utilizou 132 elementos quadrilaterais (elementos com 4 nós) do estado plano de tensões e 15 elementos de armadura embutida do estado plano de tensões, sendo que, o elemento pai é representado por um quadrilátero de 4 nós e a barra de armadura é representada por 2 nós para cada elemento (Figura 2). Para detalhes do modelo elaborado ver Castro (2013).

Figura 2 – Modelo numérico elaborado

A Figura 3(a) apresenta a trajetória de equilíbrio (correspondente ao escorregamento do ponto de controle) obtida no modelo elaborado e confrontada com resultados experimentais apresentados por Silva (2010). Ao analisar a Figura 3(a) percebe-se uma boa concordância entre os resultados experimentais e os resultados obtidos pelo modelo numérico, comprovando assim, que os recursos implementados no INSANE são suficientes para elaborar modelos capazes representar, com uma boa precisão, o fenômeno da perda de aderência.

Figura 3 – (a) trajetória de equilíbrio do ponto de controle
(b) Variação da tensão normal horizontal no concreto para a carga máxima atingida na simulação (P = 21 kN)
(c) Deformação da matriz de concreto para a carga máxima atingida na simulação (P = 21 kN)

Referências

• AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C234: standard test method for comparing concretes on the basis of the bond developed with reinforced steel. Philadelphia: ASTM, 1991. 5p.
• Castro, S. S., 2013. Framework teórico e computacional para estruturas de concreto armado: Implementação de modelos de armadura e aderência. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil.
• RILEM/CEB/FIB, 1983. bond test for reinforcing steel : pull-out test. Comité Euro-International Du Béton, Paris.
• Silva, B. V., 2010. Investigação do potencial dos ensaios apulot e pull-out para estimativa da resistência a compressão do concreto. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista – Júlio Mesquita Filho, Ilha Solteira, SP, Brasil.