Análise comparativa entre modelo numérico e experimental de concreto reforçado com macrofibras de polipropileno LM-Twist

Abstract

Nas últimas décadas, o Concreto Reforçado com Fibras (CRF) tem se consolidado como uma alternativa promissora em aplicações de elementos estruturais, devido à sua capacidade de aprimorar o desempenho mecânico. Entre os principais tipos de fibras utilizadas, destacam-se as macrofibras de polipropileno LM-Twist, reconhecidas por contribuírem para o aumento da resistência mecânica à compressão axial, ductilidade e tenacidade, bem como para a redução da abertura de fissuras e da ocorrência do fenômeno de spalling. No entanto, ainda é observado uma dificuldade na determinação do teor ótimo de fibras, uma vez que os ensaios laboratoriais para diferentes percentuais demandam uma grande quantidade de corpos de prova, capazes de fornecer uma compreensão consistente da influência da incorporação para diferentes teores na matriz cimentícia. Nesse cenário, o uso de análises numéricas se mostra uma ferramenta primordial para superar tais limitações, visto que o seu emprego pode contribuir para a redução de custos, tempo de execução e a dependência da realização de ensaios físicos. Assim, o presente trabalho tem como objetivo investigar a eficiência de um modelo numérico baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF) para a predição das propriedades mecânicas do CRF com macrofibras de polipropileno. Na etapa experimental, foram moldados e ensaiados quatro traços: um traço de referência (REF) e três traços com adição de fibras, sendo A (0,20%), B (0,35%) e C (0,50%). Na etapa numérica, foi desenvolvido um código em Python para a geração do modelo tridimensional, submetido às mesmas condições do ensaio de compressão axial, empregando o modelo constitutivo Concrete Damaged Plasticity (CDP), disponível no software Abaqus. Os parâmetros elásticos, plásticos e de dano foram determinados a partir de resultados experimentais, equações normativas da ABNT NBR 6118 (2023) e métodos consagrados da literatura, como Carreira e Chu (1985) para compressão e Hordijk (1991) para tração. Os resultados mostraram a eficácia do uso de modelos numéricos para a representação adequada do comportamento experimental do CRF, obtendo valores de resistência média à compressão axial (f_cm) e deslocamentos próximos aos alcançados por via experimental. Os traços REF e A (0,20%) apresentaram uma melhor aproximação, com erros de 3,50% e 3,24%, respectivamente. Além disso, foi observado a predominância da ruptura por cisalhamento, tanto experimentalmente quanto numericamente, evidenciando a adequabilidade da metodologia empregada. Desta forma, os resultados mostram a aplicabilidade do MEF associado ao modelo CDP para a representação do desempenho estrutural do CRF, mas também o potencial da simulação numérica para ampliar análises com menor custo e esforço experimental.