Xcelsius

Schnaid e outros (2004) realizou um estudo sobre o comportamento mecânico de fundações superficiais num sistema de duas camadas, onde a camada superior é de solo-cimento. Este estudo combina medições a partir de modelos laboratoriais de pequena escala e os resultados da análise numérica com base num método de elementos discretos. Foram feitas amostras com 3%, 5% e 7% de cimento. Nos ensaios realizados a espessura da camada cimentada, H, era comparável com a largura da base, B; razões de H/B iguais a 0.5, 1.0 e 1.5 foram testadas para abordar o estudo sobre os valores que são frequentemente encontrados em aplicações de engenharia. A camada com a razão de H/B=1.5 atinge a falha principalmente pela propagação dessa fratura vertical que atravessa a camada de solo-cimento de baixo para cima. Para a camada H/B=0.5 começaram duas fraturas diagonais nas extremidades da base e desenvolveram para baixo, que acabam por atingir o interior da camada levando à falha geral da camada. O padrão observado nas fissuras para os dois casos não é rigorosamente simétrico em relação ao centro geométrico da camada. A propagação da fratura parece ser um processo fisicamente aleatório que provoca uma perda de simetria em relação ao eixo vertical no centro da camada.

A partir da evidência experimental as conclusões que tiraram foram as seguintes:

a) A propagação da fratura no interior da camada de solo-cimento tem um efeito dominante sobre o mecanismo de rotura das fundações. Qualquer tentativa de reproduzir os cálculos de capacidade sem ter em conta o desenvolvimento das fendas vai levar a erros na solução;

b) A propagação da fenda parece ser um processo aleatório. Os resultados experimentais mostram que o padrão de fendas desenvolvidas numa camada fina é diferente da observada numa camada mais espessa de solo-cimento.

c) Para uma determinada razão H/B, as fendas não são rigorosamente simétricas em relação ao eixo vertical no centro da fundação. No entanto os padrões não são totalmente diferentes, o que sugere que os estudos numéricos da interação do solo com a estrutura não estão necessariamente errados

Do ponto de vista da engenharia o objetivo principal no desenvolvimento de conceitos de mecânica da fratura é relacionar o desenvolvimento da fratura, a sua orientação e falha final ao estado de tensões aplicadas. A resistência que o material tem à propagação da fenda é conhecida como resistência à fratura, a magnitude do qual pode ser avaliada por abordagens diferentes.

Existem três modos básicos de falha, Modo I (abertura), Modo II (corte no plano) e Modo III (corte fora do plano) (Davies, 1991).

Figura 5.1 – Modos de Fratura (a) Modo I, (b) Modo II, (c) Modo III, (Davies 1991)

O fator intensidade de tensão, K, é, uma medida das propriedades mecânicas, na presença de uma fissura da mesma maneira que a tensão caracteriza as propriedades mecânicas de um provete sem fendas. Efeitos não-lineares de pequena escala tais como, as causadas pelo rendimento, microestruturas e irregularidades locais na superfície da fenda não afetam o caráter geral do campo de tensões elásticas e podem ser desprezadas numa aproximação razoável.

A taxa de absorção de energia, G, em qualquer fase do crescimento da fissura pode ser determinada como dU/dA, onde dA é o aumento da área de fenda. A fenda vai crescer quando a tensão no provete for o suficiente para estes parâmetros atingirem os seus valores críticos, Kc

e Gc (sendo Kc fator de intensidade de tensão crítica e Gc a taxa de libertação de energia de

deformação crítica) podendo qualquer um ser usado como uma medida para a resistência do material à fratura.

Ficando assim demonstrado que a abordagem mecânica da fratura pode ser uma ferramenta eficaz com o qual se pode estudar as respostas da fendilhação do solo-cimento às diferentes condições de carga (Davies, 1991).

Moura e outros (2010) realizaram ensaios de flexão em três pontos na madeira para caracterização da fratura em modo I. É proposta uma nova abordagem sobre a mecânica da fratura com vantagens relativamente aos métodos clássicos. Este modelo foi validado numericamente através do dano coesivo linear, que permite a simulação do início do dano e o seu crescimento.

Dourado e outros (2008) (em de Moura e outros 2010) usou o ensaio de flexão em três pontos (SEM-TPB) para estimar a propriedades coesivas da fratura em duas espécies de madeira. A interação da zona de processo de fratura (FPZ) com os limites de amostras revelou-se uma questão crucial para a definição do tamanho da amostra adequado. Os autores verificaram que a extensão do crescimento da fenda depende das espécies de madeira utilizadas nos experimentos, com o abeto vermelho exibindo uma considerável extensão FPZ maior do que o pinheiro. Este teste apresenta alguns obstáculos que impedem a identificação clara da energia de fratura utilizando os esquemas de redução de dados clássicos.

O método baseia-se na teoria das vigas e do conceito da abertura equivalente, superando assim as dificuldades de medição de fenda durante a sua propagação. Uma zona triangular livre de tensões na vizinhança da fenda é tida em conta. Aplicou-se um modelo coesivo para validar o modelo proposto. Os resultados obtidos demonstram que, com o procedimento proposto a energia de fratura introduzida no modelo para a zona coesiva é bem captado, o que valida o plano de redução de dados proposto. Além disso, o esquema de redução de dados proposto foi utilizado para estimar o tamanho da amostra mínima que evita o confinamento do FPZ proporcionando assim medições adequadas da energia de fratura (de Moura e outros, 2010)

Um modelo de dano coesivo bilinear foi usado para simular os danos de iniciação e progressão considerando seis tamanhos de amostras diferentes. O método proposto exige apenas os dados de deslocamento de carga para obter uma curva-R. Verificou-se que o valor digitado da energia de fratura é bem captado na região do planalto das curvas-R, exceto para os espécimes menores, onde a região do planalto praticamente não existe. Para os restantes um valor constante para o parâmetro que define o tamanho da região livre de tensões foi encontrado e confirmou-se a ser consistente com os resultados anteriores de outros autores. Verificou-se também que este parâmetro não é sensível às propriedades materiais. Por último deve notar-se que a metodologia apresentada não é exclusiva da madeira e que pode ser facilmente aplicada para outras matérias- primas diferentes, utilizando este ensaio.