Foram utilizados na modelagem quatro elementos disponíveis na biblioteca do ANSYS para simular as partes constituintes dos modelos físicos: Solid65, Solid185, Link8, Targe170 e Conta174.
O elemento Solid65 foi utilizado para simular o concreto pré-moldado e o concreto moldado no local.
Esse elemento (Figura 4.5) é utilizado na modelagem tridimensional de sólidos com ou sem armação. Possui a capacidade de fissurar na tração, sofrer esmagamento na compressão e deformar-se plasticamente. O Solid65 é constituído por oito nós com três graus de liberdade por nó: translação nodal nas direções x, y e z.
Figura 4.5 – Elemento Solid65 aplicado ao concreto
Fonte: Adaptado do ANSYS
c f / axial 1,00 0,75 0,50 0,30 Opção prismática Opção tetraédrica
O Solid185 foi utilizado para simular a placa de aço que dá suporte ao painel duplo. Este modelo possui a mesma geometria, mesmo número de nós e graus de liberdade que o Solid65, apresentado na Figura 4.5. A diferença é que enquanto o Solid65 é utilizado para modelagem de estruturas com ou sem armação, como o concreto por exemplo, o Solid185, segundo a documentação do ANSYS, é utilizado para modelagem tridimensional de estruturas sólidas em geral. Este elemento pode sofrer plasticidade e possui a capacidade de simular materiais elastoplásticos ou hiperelásticos.
O elemento Link8 (Figura 4.6) foi aplicado para simular as armações longitudinais e os estribos dos modelos físicos. Este elemento possui três graus de liberdade por nó: translação nodal nas direções x, y e z. Neste elemento podem atuar apenas forças de tração ou compressão. Outra característica do elemento Link8 consiste na capacidade de sofrer plasticidade, alongamento e grandes deslocamentos.
O elemento Targe170 foi utilizado para representar as superfícies de ligações “alvos” da interface entre o concreto moldado no local e o concreto pré-moldado. Esse elemento é capaz de sofrer translação e rotação além de ser deformável.
O Targe 170 é usado para representar várias superfícies "alvos" dos elementos de superfícies de contato associados aos elementos Conta173, Conta174, Conta175, Conta176 e Conta177.
A aplicação do elemento Targe170 pode ocorrer entre superfícies, nós para superfície, linhas e linha para superfície (Figura 4.7).
Figura 4.6 – Elemento Link8 aplicado nas armaduras
Figura 4.7 – Elemento Targe170 aplicado nas superfícies "alvos" de ligação na modelagem numérica
Fonte: Adaptado do ANSYS
As superfícies desses elementos devem estar sempre associadas às superfícies formadas pelos elementos de contatos, ou seja, cada superfície “alvo” do elemento Targe170 deve estar associada por uma única superfície de contato. Os elementos de contatos são aplicados a sólidos, cascas ou linhas que descrevem o limite de um corpo deformável e que está potencialmente em contato com a superfície “alvo”.
Foi utilizado o elemento de contato Conta174 para a análise de contato de elementos estruturais. Este elemento simulou o contato da superfície na interface de ligação entre os concretos dos modelos. Caracterizam-se por possuir oito nós superficiais (Figura 4.8) e apresenta a capacidade de deslizamento entre superfícies “alvos” definidas pelo Targe170 localizadas em superfícies sólidas ou cascas.
Figura 4.8 – Elemento Conta174 aplicado nas superfícies de contato da interface de concreto dos modelos físicos
Fonte: Adaptado do ANSYS Superfície-Superfície Elemento de contato Conta173 ou Conta174 Nó-Superfície Elemento de contato Conta175 Targe170 Linha-Linha Elemento de contato Conta176 Linha-Superfície Elemento de contato Conta177 Superfícies alvos Elementos de contato
O par de contato representado pelos elementos Targe170 e Conta174 utilizado permite a consideração do atrito e da coesão. Os elementos utilizados no contato entre as superfícies de concreto moldado no local e concreto pré-moldado, além do concreto pré- moldado com a placa de aço, foram do tipo superfície-superfície conforme apresentado na Figura 4.7. Dessa forma permitiu simular a pressão existente quando há contato e deslizamentos relativos.
Com relação a utilização do atrito interno (µ) mais coerente com a resposta obtida dos modelos experimentais, foi realizado um estudo prévio dos modelos numéricos com aplicação de diferentes valores de µ variando entre 0 e 1. Dessa forma, foi observado que houve pouca mudança entre os comportamentos dos modelos numéricos e, assim, optou-se por empregar o valor de 1,0 ao coeficiente µ simulando interface rugosa, conforme a Tabela 2 descrita na Seção 2.5.2 deste trabalho e o valor de 0,6 para o
coeficiente µ simulando interface lisa, conforme a Tabela 3 e Tabela 5 descrita na Seção 2.5.3. Vale ressaltar que esses valores estão em acordo com as recomendações do PCI (2004) e FIB MC (2010).
Foi realizado um estudo para a geração da malha aplicada na constituíção dos modelos de cisalhamento direto e das vigas. Em primeiro momento a malha foi gerada de forma bastante refinada o que levou, na solução do problema, um maior tempo de processamento além de exigir uma grande memória de processamento para a convergência dos resultados. Para os modelos de cisalhamento direto, a região do concreto pré-moldado (CPM) foi dividida inicialmente em elementos de 0,5 cm e de 0,7 cm 0,9 cm e 1,3 cm na região do concreto moldado no local (CML), correspondendo respectivamente, às larguras internas de 7 cm, 9 cm e 13 cm. Conforme essa divisão foi exigido um elevado tempo de processamento computacional.
Assim, a malha foi redimensionada com divisões de 1,5 cm na região do CPM e de 1,4 cm, 1,8 cm e 2,6 cm na região do CML para as larguras internas de 7 cm, 9 cm e 13 cm respectivamente. Essa nova divisão viabilizou a memória computacional requerida e o tempo de processamento das análises.
Em relação ao modelo da viga, a divisão do CPM foi de 1,5 cm e de 1,8 cm na região do CML.
Foi verificado que tanto nos modelos numéricos sob cisalhamento direto como nos modelos das vigas, o estudo da malha serviu para que a análise computacional apresentasse um menor tempo de convergência, porém, sem que houvesse a perda de precisão dos resultados.