Análise computacional termo-mecânica de estruturas de concreto sujeitas a temperaturas elevadas

Concrete is a heterogeneous porous material subjected to physical and chemical alterations when exposed to extreme environmental conditions, such as elevated temperatures. Cement paste dehydration may lead to cracking - and even to the ocorrence of spalling - due to internal pressures generated by water vapour formation. The exposure to high temperatures may occur in two different situations: _ accidental causes, as fires, when the temperature gradients are rather elevated and fire exposure takes a relatively short period of time; _ ordinary service conditions, like repositories for radioactive wastes. A previous M.Sc. work developed in the PGMC by FERREIRA (2011, [1]), as part of a scientific cooperation with the University of Cergy Pontoise, dealt with the thermo-hydric modelling of structures composed of concrete-rock bilayers - so as to represent elements present in tunnels, hydroeletric powerplant instalations, for instance. That work employed the free code Cast3M 2000 (developed in the CEA, Commissariat à l'Energie Atomique, França), based on the concepts of operators and objects. Experimental and numerical data were employed for validation. The present work proposes the incorporation of the mechanical coupling to that TH model, through the Mazars Damage Model - with the following basic assumptions: _ Local damage results from elongation deformations; _ Damage is represented by a scalar quantity D. The numerical results are compared with data from FERREIRA (2011, [1]) and experimental information available for concrete-rock bilayer samples. It is observed a clear numerical/experimental correspondence. Resulting discrepancies indicate the need for further investigation concerning the effects of mechanical degradation on the thermical and mechanical properties of concrete.O concreto é um material heterogêneo e poroso, sujeito a alterações físicas e químicas quando exposto a condições ambientais extremas, como as temperaturas elevadas. Como a reação de hidratação do cimento é reversível e termo-ativada, a exposição do concreto a temperaturas elevadas pode ter efeitos deletérios, com a ocorrência de desidratação da matriz a base de cimento, fissuração devido a pressões internas geradas pela evaporação da água de amassamento remanescente da mistura e ao desplacamento superficial (spalling). A exposição a temperaturas elevadas pode ocorrer, basicamente em duas situações bastante distintas: _ causas acidentais, como em incêndios, onde os gradientes de temperatura são muito altos e a exposição ao fogo se dá por um período de tempo relativamente curto; _ em condições normais de serviço, como os repositórios de rejeitos radioativos em que a estrutura fica sujeita a temperaturas muito elevadas, por longos períodos de tempo (décadas) . Em um trabalho anterior - FERREIRA (2011, [1]) -, desenvolvido no PGMC em colaboração com a Universidade de Cergy-Pontoise, foi realizada a modelagem termo-hídrico do comportamento de estruturas compostas por camadas de rocha e concreto, semelhantes ao que se encontra em túneis, elementos de instalações hidrelétricas e repositórios destinados a rejeitos nucleares. Foi, então, empregado o código computacional livre CAST3M 2000, desenvolvido no CEA (Commissariat à l'Energie Atomique, França), que é baseado nos conceitos de operadores e objetos e, para validação, foram usados resultados experimentais e numéricos. Propõe-se aqui a incorporação naquele modelo do acoplamento mecânico, através do modelo de dano de Mazars. Tal modelo é válido para situações de carregamento continuamente crescente tem como hipóteses básicas: _ O dano local resulta de deformações de alongamento evidenciadas por sinais positivos de, ao menos, um dos componentes principais de deformação; _ O dano é representado por uma variável escalar D (entre 0 e 1) cuja evolução ocorre quando o valor de alongamento equivalente excede o valor da deformação de referência. A análise dos resultados se baseia na comparação com os resultados obtidos por FERREIRA (2011, [1]) e com os dados experimentais disponíveis para os corpos-de-prova em bicamada rocha-concreto. Nota-se uma clara correspondência numérico/experimental. Discrepâncias observadas indicam a necessidade de estudos mais aprofundados acerca do efeito da degradação mecânica sobre as propriedades térmicas do concreto.FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai