Estudo da flexão em UHPC visando soluções estruturais para os desafios da infraestrutura urbana

Abstract

O UHPC é um material de elevada resistência, superando os 130 MPa de resistência à compressão, mas que carece de normalização nacional para seu uso em projetos estruturais no Brasil. Esta pesquisa propõe que, a partir de resultados experimentais de caracterização mecânica de um UHPC, é possível modelar numericamente vigas armadas e não armadas para analisar seu comportamento à flexão, visando subsidiar uma futura norma brasileira. A metodologia envolveu a utilização de dados experimentais de um traço de UHPC, que incluiu cimento, areia, pó de quartzo, sílica, e aditivo, além de fibras de aço e PVA. Foram realizados ensaios de resistência à compressão axial, módulo de elasticidade, resistência à flexão em ensaio de 4 pontos e 3 pontos com controle de abertura de fissura. Esses dados foram empregados na calibração do modelo numérico no software ABAQUS, utilizando o modelo Concrete Damage Plasticity (CDP). Foi realizado um estudo paramétrico de um prisma para calibração do modelo e, posteriormente, essa calibragem foi utilizada na modelagem de vigas em UHPC com e sem armadura passiva. Os resultados para as vigas armadas demonstraram um comportamento numérico muito semelhante ao experimental disponível na literatura científica. A simulação das vigas sem armadura também forneceu dados importantes para a compreensão de seu desempenho. A comparação entre as configurações armada e não armada evidenciou que a presença da armadura passiva contribui significativamente para o aumento da capacidade de carga última e para a melhoria da ductilidade do elemento estrutural. Conclui-se que a modelagem numérica, embasada em dados experimentais e em diretrizes internacionais, é uma ferramenta viável e eficaz para prever o comportamento de vigas em UHPC sob flexão.UHPC is a high-strength material, exceeding 130 MPa of compressive strength, but it lacks national standardization for its use in structural projects in Brazil. This research proposes that, based on experimental results of mechanical characterization of UHPC, it is possible to numerically model reinforced and non-reinforced beams to analyze their bending behavior, with the goal of supporting the development of a future Brazilian standard. The methodology involved the use of experimental data from a UHPC mix, which included cement, sand, quartz powder, silica, and additives, in addition to steel and PVA fibers. Axial compressive strength tests, elasticity modulus, and flexural strength tests (four-point and three-point bending with crack opening control) were conducted. These data were used to calibrate the numerical model in the ABAQUS software, using the Concrete Damage Plasticity (CDP) model. A parametric study of a prism was performed for model calibration, and this calibration was later used in the modeling of UHPC beams with and without passive reinforcement. The results for the reinforced beams showed a numerical behavior very similar to the experimental data available in the scientific literature. The simulation of the non-reinforced beams also provided important data for understanding their performance. The comparison between the reinforced and non-reinforced configurations highlighted that the presence of passive reinforcement significantly contributes to the increase in ultimate load capacity and to the improvement of the structural element's ductility. It is concluded that numerical modeling, based on experimental data and international guidelines, is a viable and effective tool for predicting the bending behavior of UHPC beams.