Análise dos fatores de intensidade de tensão generalizados em quinas multimateriais existentes na junção entre pavimentos flexíveis e pontes

Abstract

Resumo: O problema bastante comum de fissuração em cabeceiras de pontes está relacionado à interação entre diferentes materiais nessas áreas. Na busca por compreender os mecanismos de iniciação e propagação desse tipo de defeito, a Mecânica da Fratura Elástica Linear (MFEL) pode oferecer importante contribuição. Mais especificamente, esta pesquisa objetiva obter os Fatores de Intensidade de Tensão Generalizados (FITGs) de algumas quinas multimateriais típicas de pontes e analisar sua relevância no estudo do problema. Para tanto, realiza-se um levantamento das geometrias de interesse e algumas são selecionadas para estudo. Os estados de tensões das geometrias são analisados através da modelagem em elementos finitos e as situações mais críticas de carregamento para cada geometria são definidas. Para essas situações, os parâmetros da MFEL são calculados, desenvolvendo-se um programa em linguagem Python para cálculo dos expoentes característicos das quinas. À luz dos resultados, o problema de fissuração na região de transição das pontes é analisado, buscando-se soluções. Mais do que os resultados específicos obtidos, o método apresentado de análise segundo os FITGs pode oferecer subsídios importantes para pesquisas futuras envolvendo problemas de quinas multimateriais, pelo que são discutidas algumas características do cálculo desses parâmetros e a sua relevância é avaliada. Destaque é dado para o programa desenvolvido em linguagem Python, que representará uma importante ferramenta para pesquisas futuras envolvendo quinas de até três materiais.

Abstract: The very common problem of cracking in bridge headers is related to the interaction between different materials in these places. In the search to understand the initiation and propagation mechanisms of this kind of defect, Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) can offer an important contribution. More specifically, this research aims to obtain the Generalized Stress Intensity Factors (GSIFs) of some typical bridges multimaterial corners and to analyze their relevance in the study of the problem. In order to do so, a search for the interest geometries is carried out and some are selected for the study. The geometries stress state is analyzed through a finite element modeling and the most critical loading situations for each geometry are defined. For these situations, the LEFM parameters are calculated, being developed a program in Python language to evaluate the corners' characteristic exponents. Considering the results, the problem of cracking in the bridges transition area is analyzed, seeking solutions. More than the specific results that are obtained, the presented GSIFs analysis method can offer important subsidies for future research involving multimaterial corners problems, reason why some characteristics of the calculation of these parameters are discussed and their relevance is evaluated. Highlight is given to the program developed in Python language, which will represent an important tool for future research involving corners up to three materials. Keywords: Bridges; Cracking Potential; Multimaterial Corners; Generalized Stress Intensity Factors.