Orientador: José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_AlaorLeandro_D.pdf: 7941559 bytes, checksum: 806e89b1e919e7a21f82b349d6b6b047 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A pesquisa objeto desta tese refere-se a uma investigação dos processos de fratura no concreto de alta resistência (High Strength Concrete - HSC), com ênfase no estudo da influência da taxa de carregamento (medida como a taxa de deslocamento do ponto de aplicação de carga) nos ensaios de fraturamento e assim caracterizar sua ductilidade em tração. Neste trabalho um modelo de fratura dependente do tempo (modelo coesivo-viscoso) é apresentado e a influência da taxa de carregamento na resposta em fratura quase-frágil é estudada através de simulação numérica. O modelo de fratura dependente do tempo acopla um parâmetro viscoso, dado em função da velocidade de abertura da fratura, ao modelo clássico de fissura fictícia proposto por Hillerborg, tal que uma relação tensão-abertura de fissura dependente do tempo, (?, ?), represente uma zona coesiva-viscosa inserida em um meio elástico não-viscoso. O modelo coesivo-viscoso é implementado no arcabouço teórico do método dos elementos finitos com um método de cálculo iterativo que modela a fratura quase-frágil (comportamento não-linear) como uma superposição de problemas em mecânica da fratura elástica linear (Linear Elastic Fracture Mechanics - LEFM). O modelo numérico implementado é validado com os resultados experimentais obtidos de vigas prismáticas ranhuradas em flexão em três pontos (Three-Point Bend Test - TPBT), com taxas de carregamento variando da ordem de = 10-5 mm/s a 6 = 10+1 mm/s. Os resultados numéricos obtidos mostram que o modelo coesivo-viscoso implementado, apesar de sua simplicidade, reflete o fato experimentalmente documentado de que a nucleação e a propagação de uma fratura coesiva, bem como os fenômenos que governam os processos de fratura, são dependentes da taxa de carregamento. Assim, a diferença obtida por muitos pesquisadores na medida da energia de fratura não se deve unicamente à escala do protótipo ensaiado mas também à taxa de carregamento aplicada nos ensaios. / Abstract: This thesis addresses a numerical investigation to account for loading rate influence (measured as the load-point displacement rate) on the fracture processes of quasi-brittle materials such as high strength concrete (HSC). In this context, fracture tests are simulated by a proposed time-dependent cohesive model. The proposed model couples a viscous parameter, as a function of crack-opening rate, to the classical Hillerborg's fictitious crack approach such that a time-dependent stress crack opening law, (?, ?), represents a viscous-cohesive zone in an elastic, time-independent, body. The viscous cohesive representation is implemented in a finite element framework using a iterative method in such a way that the equations governing the quasebrittle crack propagation (non-linear behaviour) is sought from a triangular system of equations, obtained by superposing linear elastic fracture mechanics (LEFM) cases. To show the accuracy of the model, numerical simulations of notched beams in three-point bend test (TPBT) were performed. In the tests five different loading rates were employed (ranging from = 10-5 mm/s = 10+1 mm/s). The results numerically obtained match very well the experimental ones, particularly the maximum load for the several loading rates used in the tests. A parametric study has also been performed to point out which are the model, geometry and fracture parameters influencing the fracture process due to loading rate. The numerical results show that the model, although its simplicity, provides a general approach to reflect the experimentally documented fact that crack propagation and so the parameters governing the fracture processes in cementious materials depend on the loading rate. So, the differences obtained by several researches worldwide on the fracture energy measurement are not only due to the scale of the tested specimens, but also due to the loading rate influence. / Doutorado / Estruturas

Orientador: José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-26T02:16:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GeadosSantos_FabioLuis_M.pdf: 8564383 bytes, checksum: 72e9522142ccde293049d4563ab69368 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Nos últimos anos, o aumento no número de construções mais altas e complexas fez com que o estudo das propriedades mecânicas do concreto na ruptura em tração fosse foco de muitas pesquisas. O concreto desenvolve, durante o carregamento, diferentes processos de coalescência e crescimento de micro-fissuras e, devido a sua natureza heterogênea, um enorme esforço ainda é requerido para o desenvolvimento de um modelo constitutivo capaz de descrever aspectos relevantes do seu comportamento. A essa premissa soma-se a discussão da validade dos procedimentos de ensaio em descrever o comportamento real do material, devido à influência estrutural (forma da geometria, condições de contorno e tamanho) do espécime de teste. O comportamento quase-frágil do concreto, caracterizado pelo desenvolvimento de uma zona de processos inelásticos e/ou zona de processos de fratura (ZPF) ao redor do fronte da trinca, quando na ruptura em tração, requer uma lei constitutiva ¿ chamada lei coesiva, curva tensão-abertura de fissura (? ¿ w), curva de amolecimento ou função coesiva (?=f(w)) ¿ que relaciona a tensão desenvolvida no fronte da fratura, isto é na ZPF, e a sua abertura como ingrediente para modelagem da nucleação e da propagação da fratura, seja esta representada de maneira implícita e/ou explícita. Desenvolveu-se um software para a determinação automática da lei constitutiva utilizando-se curvas da relação carga versus abertura da boca fratura (load versus crack mouth opening displecement ¿ P-CMOD) ou da relação carga versus deslocamento no ponto de aplicação (P-?) obtidas em ensaios com vigas prismáticas ranhuradas em flexão em três pontos (Three-Point-Bend Test), com taxas de carregamento variada. O objetivo desse trabalho é avaliar a lei coesiva-viscosa proposta por Rosa et al. (2012) utilizando o software desenvolvido para o ajuste de curvas P-? numéricas com curvas de vigas ranhuradas de concreto de alta resistência, ensaiadas com taxas de carregamento variando da ordem de ? ?=?10?^(-5) mm/s a ? ?=?10?^(+1) mm/s / Abstract: In recent years, the increase of high and more complex constructions, many researches focus on the study of the mechanical properties of concrete at failure. The concrete under loading develops different processes of coalescence and growth of micro-cracks, and due to its heterogeneous nature, a great effort is still required to develop a constitutive model capable of describing the relevant aspects of its behavior. In addition to this premise is the discussion of validity of tests that describe the real behavior of the material, due to the structural influence (shape of the geometry, boundary conditions and size) of the test specimen. The quasi-brittle behavior of concrete, characterized by the development of a zone of inelastic processes and/or fracture processes (ZPF) around the crack front at failure, requires a constitutive law ¿ called cohesive law curve stress-crack opening (? ¿ w), softening or cohesive function (?=f(w)) ¿ curve that relates the stress developed across the front of the fracture, i. e., the ZPF, and its opening displacement as an ingredient for modeling fracture nucleation and propagation, represented implicitly and/or explicitly. A software developed for automatic determination of a constitutive law using curves of load versus relative fracture mouth opening (P-CMOD) or the load versus displacement relationship at the application line (P-?) obtained in tests with notched prismatic beams in Three-point Bend Test, with varying loading rates. This study aims at the evaluation of the viscous-cohesive model proposed by Rosa et al. (2012), using a software developed for the curve fitting P-? numerical curve with notch beams of high strength concrete, tested with loading rate numerical in the order between ? ?=?10?^(-5) mm/s and ? ?=?10?^(+1) mm/s / Mestrado / Estruturas e Geotécnica / Mestre em Engenharia Civil