Procedimento numérico para avaliação das tensões em serviço na armadura ortogonal de cascas de concreto armado

Abstract

Elementos de casca estão presentes em importantes obras de engenharia como reservatórios e lajes de tabuleiro de pontes. Em serviço o desempenho dessas estruturas pode ficar comprometido devido a fissuração do concreto, pondo em risco, por exemplo, a estanqueidade e o estado limite de fadiga. Esses problemas possuem uma dependência da tensão na armadura. De modo que, é na fissura que se observa as maiores flutuações de tensões, logo maiores deformações da armadura, que se traduzem na abertura de fissura. É evidente, portanto, a necessidade do conhecimento dessas tensões para garantir a funcionalidade e durabilidade das estruturas. Diante disso, este trabalho apresenta uma rotina computacional implementada em Python chamada Modelo de Casca Fissurada (Cracked Shell Model – CSM), capaz de calcular as tensões nas armaduras ortogonais em elementos de casca de concreto armado. Para tanto, a espessura da casca é discretizada em lamelas sujeitas a estado plano de tensões. As armaduras são avaliadas a partir do Modelo de Membrana Fissurada (Cracked Membrane Model - CMM), na qual considera o efeito de enrijecimento à tração via Modelo de Banzo Tracionado (Tension Chord Model - TCM). Além disso, também foi desenvolvida uma implementação do CMM utilizando técnicas de otimização para solucionar o sistema de equações. A validação do CMM e CSM foi realizada com dados experimentais e numéricos de painéis disponíveis na literatura, nos quais se mostraram capazes de prever o comportamento completo de elementos de membrana e casca de concreto armado, com alta eficiência numérica. Adicionalmente foi conduzido um estudo sobre o efeito de membrana comprimida em lajes de tabuleiro de pontes, o qual aumenta a resistência dessas lajes. O estudo demonstrou que modelos baseados na teoria de Kirchhoff, como o CSM, não conseguem capturar os esforços oriundos desse efeito, conduzindo a uma carga última inferior à observada em ensaios.