Determinação de propriedades mecânicas de concreto com agregado leve via método dos elementos finitos

Resumo

A resistência à compressão (fc) e o módulo de elasticidade (Ec) de concretos são propriedades de grande importância em problemas de engenharia civil. Até o presente momento, apesar da relevância do tema, o traço de concretos ainda é projetado com base em métodos gráficos e fórmulas empíricas. Esse cenário é ainda mais impreciso para concretos leves estruturais de agregados leves (LWAC), que possuem ainda menos metodologias de traço e estudos de caso disponíveis na literatura. Dessa forma, este trabalho apresenta uma simulação numérica para prever as propriedades de corpos de prova de LWAC usando o Método dos Elementos Finitos. O material foi considerado bifásico, incluindo os agregados leves e a argamassa envolvente. Cada fase foi modelada com sua própria resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade. Os resultados numéricos obtidos para fc e Ec foram comparados com seus equivalentes experimentais, obtidos da literatura. No total 48 traços de concreto foram investigados. Os resultados numéricos mostraram uma correlação satisfatória com os dados experimentais. Em geral, o erro médio percentual absoluto (MAPE) foi menor nos agregados de xisto para o módulo de elasticidade (1,75% contra 4,21% da argila expandida) e resistência à compressão (4,19% contra 9,89% da argila expandida). Não foi identificada uma tendência clara de erro em relação à proporção de agregado ou aos tipos de argamassa, nos quais o MAPE variou de 2,36% a 8,13%. Concluindo, a simplificação para agregados esféricos mostrou resultados satisfatórios, assim como a adoção de um modelo 2D, que requer menos recursos computacionais. Os resultados encorajam outras aplicações com aspectos geométricos mais complexos para melhorar o design e a segurança de estruturas de LWAC.

Keywords:
concreto com agregado leve; método dos elementos finitos; previsão de resistência a compressão; previsão de módulo de elasticidade