Análise térmica transiente e de tensões em estruturas executadas em camadas

Abstract

Resumo: Este artigo trata das estruturas executadas em camadas sujeitas a ações de origem térmica em cada etapa realizada. As camadas são lançadas com espessuras relativamente pequenas e em tempos pré-estabelecidos. Uma das grandes aplicações são as barragens de concreto compactadas por rolo. Como conseqüência das reações químicas processadas durante a cura do concreto há uma geração adiabática de calor que, muitas vezes, pode produzir fissuras de origem térmica no corpo da barragem. O calor produzido em uma camada é afetado pelo gerado nas camadas anteriores e influenciará o das camadas posteriores. A correta avaliação do campo de temperaturas é essencial para a determinação das tensões de origem térmica, com as quais será possível determinar, por exemplo, a distância entre juntas de dilatação. O problema é analisado pelo Método dos Elementos Finitos usando o software comercial ANSYS. O processo construtivo é tratado empregando-se uma técnica disponível no programa denominada de "birth and death", que ativa ou desativa camadas conforme a etapa considerada. Realiza-se análise térmica transiente, uma vez que a geração de calor é variável no tempo. O campo de tensões é determinado em uma análise subseqüente, levando-se em consideração, em cada etapa, a distribuição de temperaturas daquele momento. Este trabalho procura investigar a influência do tipo de malha empregada, do tipo de elemento adotado, das distorções inevitáveis do modelo de elementos finitos, e das condições de exposição sugerindo-se alguns procedimentos a serem seguidos em análises tenso-térmicas de quaisquer estruturas executadas em camadas. Alguns exemplos são apresentados para validar o estudo.

Abstract: This article deals with structures built in layers and subjected to thermal actions in each stage of the construction. The layers have small thickness and are placed at pre-established times. As an example, it can be mentioned the rolled compacted concrete dams. As a consequence of the chemical reactions that occur during the cure of the concrete, there is an adiabatic heat generation that, many times, may cause fissures of thermal origin in a dam body. The heat produced in one layer is affected by the heat generated in the previous layers, and it will influence the heat of the subsequent layers. The correct evaluation of the temperatures map is essential for the determination of the thermal stresses, with which it will be possible to determine, for example, the distance between expansion joints. The problem is analyzed by the finite element method using the Ansys commercial software. The building process is here taken into account making use of an available technique in the code denominated "birth and dead", that activates or disables layers according to the stage under consideration. A transient thermal analysis is used, once the heat generation varies with the time. The stresses field is determined in a second analysis, considering in this case, for each stage, the temperatures distribution of that stage. This work attempts to investigate the influence of the type of mesh, the type of element, the inevitable distortions of the finite element model and the exposure conditions, including also some suggestions to be followed for the stress-thermal analysis of any layered system. Some examples are included to validate this study.