Formulação termodinâmica do acoplamento corrosão-fissuração em estruturas de concreto armado

Dissertação de mestrado apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como parte integrante dos requisitos para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil. Orientador: Professor Dr. Julio Flórez-López.O objetivo deste trabalho é propor um modelo matemático para o acoplamento da corrosão, fissuração e plasticidade em análises de estruturas de concreto armado. Para isso, é levado em consideração a corrosão devido a presença de íons cloretos no concreto que desencadeia a diminuição da seção transversal das barras de aço e a penalização da tensão de escoamento. Para modelagem do comportamento estrutural, esta pesquisa baseia-se na teoria do dano concentrado que permite cálculos inelásticos de estruturas. Como fundamentação teórica para o modelo matemático proposto são utilizados alguns conceitos e leis da termodinâmica de sólidos. Essa teoria clássica é, primeiramente, adaptada a estruturas tipo pórticos – termodinâmica de pórticos –. Essa termodinâmica, por sua vez, é validada com modelos matemáticos auxiliares já consolidados na literatura: modelo elástico, modelo elastoplástico com encruamento cinemático linear, modelo com dano frágil e modelo elastoplástico com encruamento cinemático que contém dano. O modelo proposto neste trabalho é denominado elastoplástico com encruamento cinemático, dano e corrosão, sendo que as variáveis internas utilizadas são rotação plástica, nível de dano e nível de corrosão. O modelo desenvolvido foi utilizado para simulação de uma laje maciça e de um pórtico de concreto armado. Em ambas as estruturas, pôde-se notar que a evolução da corrosão no tempo causa incrementos da fissuração, gerando a plastificação da seção transversal mais solicitada. Verifica-se que o processo corrosivo foi acelerado por causa da evolução do dano. Isso provoca a diminuição da vida útil da estrutura, com o surgimento de um nível de dano crítico e/ou de uma primeira rótula plástica em um tempo inferior ao esperado. Assim, como principal contribuição, o modelo desenvolvido serve de ferramenta na estimativa do tempo de colapso estrutural.The objective of this work is to propose a mathematical model for the coupling of corrosion, cracking and plasticity in the analysis of reinforced concrete structures. For this, corrosion is considered due to the presence of chloride ions in the concrete that causes the reduction of the cross section of the steel bars and the penalization of the yield stress. For modeling of structural behavior this research is based on lumped damage mechanics. As a theoretical basis for the proposed mathematical model, it is used some concepts and laws of the thermodynamics of solids. The classic theory is first adapted to the analysis of frames – thermodynamic of frames –. This thermodynamic is validated with auxiliary mathematical models already consolidated in the literature: elastic model, elastoplastic model with linear kinematic hardening, model with fragile damage and elastoplastic model with linear kinematic hardening that contains damage. The model proposed in this work is called elastoplastic with linear kinematic hardening, damage and corrosion, and the internal variables used are plastic rotation, damage level and corrosion level. The developed model was used to simulate a massive slab and a reinforced concrete frame. In both structures, it was noted that the evolution of corrosion over time causes cracking increases, generating the yelding of the most requested cross section Noted that the corrosive process has been accelerated because of the damage evolution. This decreases the service life of the structure with the emergence of a critical damage level and/or a first plastic hinge in a shorter time than expected. Thus, as a main contribution, the developed model serves as a tool in the estimation of the structural collapse time.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES