Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-26T19:44:50Z No. of bitstreams: 1 2017_FernandoHipólitoBarrosTrindadedaSilva.pdf: 23709598 bytes, checksum: 40d511f5d4cb85bb5dabfb8e04b2a7dc (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-05-26T22:44:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_FernandoHipólitoBarrosTrindadedaSilva.pdf: 23709598 bytes, checksum: 40d511f5d4cb85bb5dabfb8e04b2a7dc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-26T22:44:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_FernandoHipólitoBarrosTrindadedaSilva.pdf: 23709598 bytes, checksum: 40d511f5d4cb85bb5dabfb8e04b2a7dc (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / Devido à composição heterogênea do concreto, esse material apresenta uma grande variedade de comportamentos, dependendo da forma como é carregado, bem como da geometria da peça. Em virtude disso, torna-se importante o desenvolvimento de estudos numéricos com objetivo de complementar a compreensão desse material. O Método dos Elementos Finitos (MEF) possui grande versatilidade para simular fenômenos físicos, sendo por esse motivo, bastante empregado no estudo do comportamento mecânico de estruturas de concreto. Em vista disso, este trabalho objetiva formular e implementar, por meio do MEF, um modelo 2D baseado na plasticidade para simular a fissuração do concreto no modo I e modo misto (I+II). Para tanto, o modelo faz uso dos conceitos da mecânica da fratura para materiais quase frágeis aplicados a elementos de junta interpostos entre os elementos da malha. Tal modelo funciona por meio da “abertura” dos elementos de junta, simulando, assim, a fissuração no concreto. Isso permite a visualização, após a análise, das descontinuidades obtidas pela separação física dos elementos finitos. Isto representa uma vantagem significativa, uma vez que permite a comparação dos padrões de fissuração obtidos com ensaios experimentais. A validação do modelo se deu por meio de comparações com resultados experimentais com diferentes modos de falha. Os resultados numéricos obtidos foram satisfatórios quando comparados com os experimentais. Verificando, assim, que o modelo implementado é capaz de simular adequadamente a fissuração em peças de concreto. / Due to the heterogeneous composition of concrete it presents a wide range of behaviors, depending on how loading are applied, as well as the geometry of the structure. Thus, the development of numerical model to better understand this material becomes important. The Finite Element Method (FEM) has shown great versatility to simulate physical phenomena, for that reason it is often used to model the mechanical behavior of concrete. Due to this fact, this dissertation aims to formulate and implement through the FEM a two-dimensional model based on plasticity in order to simulate concrete cracking in mode I and mixed mode (I + II). The model makes use of concepts of fracture mechanics, for quasi-brittle materials and joint elements placed between finite elements. Such model works through the "opening" of joint elements, thus, simulating concrete cracking. This allows, after analysis, to identify the discontinuities by means of a physical gap between elements. It represents a significant advantage against smeared crack models, since it allows the comparison of numerical and experimental cracking patterns. The model was validated by comparison with experimental results with different failure modes. Data numerical results were in good agreement when compared with experimental data, thus, verifying the proposed model is able to simulate properly cracking in concrete specimens.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-10-21T12:17:38Z No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaFerreiraBorges.pdf: 13452172 bytes, checksum: 4c7642a6faa7b79972e21d537dfbf6e8 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-05T19:51:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaFerreiraBorges.pdf: 13452172 bytes, checksum: 4c7642a6faa7b79972e21d537dfbf6e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-05T19:51:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaFerreiraBorges.pdf: 13452172 bytes, checksum: 4c7642a6faa7b79972e21d537dfbf6e8 (MD5) / Essa dissertação tem como objetivo quantificar as incertezas dos parâmetros da mecânica da fratura para materiais quasi-frágeis, que são a energia de fratura, Gf, e o comprimento equivalente de zona de fratura, cf, quando calculadas com o modelo de Efeito de Escala de Bažant (EEB) e com o Modelo de Dois Parâmetros (MDP) a partir de ensaios em materiais cimentícios. A tensão nominal (tensão de fratura), σN, é prevista para vigas entalhadas sob flexão em três pontos considerando as incertezas baseadas no programa experimental e correlações, ρGfcf, entre Gf e cf. Foi proposto um algoritmo do Método de Monte Carlo (MMC) capaz de considerar variáveis não normais e correlacionadas para obtenção das quantificações das incertezas através de funções densidade de probabilidade, f(x), de σN, também a probabilidade de falha de vigas de concreto através do cálculo do índice de confiabilidade, (β), para vigas de diferentes alturas e diferentes taxas de entalhe. Os resultados mostraram que a predição de β comprova o efeito de escala e que vigas mais espessas tem menores índices de confiabilidade, especialmente quando se considera a correlação entre as propriedades da mecânica da fratura. __________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This dissertation aims to quantify the uncertainties of the parameters of fracture mechanics for quasi-brittle materials, which are the energy release rate, Gf, and the equivalent fracture process zone, cf, when calculated on the Bažant’s size effect model (EEB) and two parameter fracture model (MDP) from experimental results of cementicious materials. The nominal stress (fracture strength), σN, is predicted for three point bending notched beams considering the uncertainties based on the experimental program and correlations ρGfcf between Gf and cf. It is proposed a Monte Carlo method (MMC) algorithm able to simulate non-normal and correlated random variables in order to obtain the uncertainty quantification through the probability density functions of σN, and also the probability of failure of concrete beams through the calculation of the reliability index (β) for beams of different sizes and relative notch depths. The results showed that the predicted β demonstrate a size effect in which thicker beams has lower reliability indexes, specially under consideration of the correlation between the fracture properties.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-07-07T12:57:30Z No. of bitstreams: 1 2016_JoséFabianoAraújoMoreira.pdf: 2605715 bytes, checksum: f82797312494d7e18efd19b1a08ad0d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-07-14T18:43:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JoséFabianoAraújoMoreira.pdf: 2605715 bytes, checksum: f82797312494d7e18efd19b1a08ad0d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-14T18:43:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JoséFabianoAraújoMoreira.pdf: 2605715 bytes, checksum: f82797312494d7e18efd19b1a08ad0d4 (MD5) / Esta dissertação teve como objetivo formular e implementar um modelo de dano contínuo e um modelo de dano contínuo-descontínuo (com transição para fratura) para os modos I e misto (I+II) de abertura de trinca, por meio do Método dos Elementos Finitos Generalizados, capaz de predizer falhas em estruturas de materiais quasi-frágeis. Portanto, a mais importante contribuição desta pesquisa foi a criação de um modelo capaz de simular numericamente a resistência de membros estruturais sob falhas em modo misto de maneira eficiente e com objetividade de malha, baseado em uma lei de evolução de dano que utiliza apenas parâmetros físicos, que podem ser obtidos por meio de ensaios de resistência e fratura, sem a necessidade de calibração adicional do modelo. A validação do mesmo se deu por intermédio da comparação com resultados experimentais para vários tipos de ensaios e diferentes materiais e modos de falha. Os ensaios simulados com o modelo foram: flexão em três pontos em viga com entalhe central, flexão em quatro pontos em viga sem entalhe, estrutura com duplo entalhe e cisalhamento em quatro pontos em viga com entalhe central. Os resultados obtidos comprovaram a eficiência e acurácia do modelo na previsão do comportamento de ruptura de diferentes materiais cimentícios com e sem a incorporação de fibras, submetidos a falhas em modo I e em modo misto. Ademais, o modelo consegue fornecer resultados com uma precisão equivalente à de outros modelos encontrados na literatura, porém utilizando um número bem reduzido de elementos na malha. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This research aims to formulate and implement a continuous and continuous-discontinuous (with transition to fracture) damage model for the crack opening mode I and mixed (I + II) in the framework of the Generalized Finite Element Method, able to predict failures in quasi-brittle materials. Therefore, the most important contribution of this research is the creation of a model capable of simulating numerically the resistance of structural members under mixed mode failures efficiently and with mesh objectivity. This model is based on a damage evolution law using only physical parameters, which can be obtained through fracture and resistance tests without the need of further calibration. Comparison with experimental results for various types of tests, materials and different failure modes were performed to assess the accuracy and efficiency. The tests simulated with the model were: three point bending in a single edge notch bean, four points bending unnotched, double-edge-notched specimen and single edge notched beam in anti-symmetric four-point-shear loading. The results obtained herein confirmed the efficiency and accuracy of the model in predicting rupture behavior of different cementitious materials, with or without the incorporation of fibers, subjected to mode I and mixed mode failure. Moreover, the model can provide results with equivalent accuracy to others in the literature using fewer elements in the mesh.