Formulation, implementation and validation of a scalar damage model for brittle materials applied to three- dimensional solid elements

La mecánica del daño continuo describe el deterioro progresivo de las propiedades mecánicas de los materiales a partir de un modelo fenomenológico. En este trabajo se presenta la formulación, implementación y validación de un modelo de daño escalar aplicado a elementos sólidos tridimensionales. Se trata de un modelo de gran versatilidad definido a partir de una superficie de falla y una variable de daño escalar. Su campo de aplicación es la modelación numérica de materiales elásticos isótropos con degradación de la rigidez cuya tensión límite a tracción es igual a la de compresión. El modelo queda definido a partir de cuatro propiedades del material determinables en un ensayo Tensión-Desplazamiento. El modelo es implementado en el software ABAQUS por medio de una subrutina UMAT. Para la resolución de las ecuaciones de equilibrio no lineal se propone un algoritmo de tipo implícito (Método de Backward Euler). La validación a esfuerzos de tracción muestra una adecuada correlación entre los resultados numéricos y los experimentales, con una dispersión de la energía disipada del 6%. Finalmente, se presenta un ejemplo de aplicación. Los resultados alcanzados demuestran que se trata de una herramienta sencilla y, a la vez, poderosa para el análisis numérico de materiales frágiles.Continuum Damage Mechanics describes the progressive degradation of the material properties based on a phenomenological model. This work presents the formulation, implementation and validation of a scalar damage model applied to three-dimensional solid elements. It is a highly versatile model defined from a fault surface and a scalar damage variable. Isotropic elastic materials with softening behavior and a single threshold surface can be simulated by this model. Four parameters are necessary to define the model and they derive from the classical stress-strain test. The model is implemented through a user-defined UMAT subroutine in software ABAQUS. The non-linear equilibrium equations are solved by an implicit algorithm based on the Backward Euler Method. The tensile stress validation shows an adequate correlation between the numerical and experimental results, with a 6% dispersion of dissipated energy. Finally, an illustrative example is presented. The results show that it is a simple but powerful tool for the numerical analysis of brittle materials.Fil: González del Solar, Gerardo Andrés. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Martín, P.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Maldonado, N.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentin

Implementación de un modelo de daño con ablandamiento en un software comercial

La degradación en los materiales puede ser interpretada como una reducción en su rigidez. La evolución del daño puede seguir diferentes leyes de variación de acuerdo a la naturaleza física del fenómeno. La mecánica del daño continuo es una herramienta que describe el deterioro progresivo de las propiedades mecánicas de los materiales. Existen numerosos modelos matemáticos para describir el fenómeno, entre ellos el modelo más simple es el de daño escalar debido a que la degradación de la rigidez se describe a través de una sola variable escalar. El propósito de este trabajo es la implementación de un modelo de daño escalar con ablandamiento lineal a través de una subrutina de usuario en un software comercial. A su vez, se incorpora un segundo modelo de daño con ablandamiento exponencial. Para ello, se propuso un algoritmo de tipo implícito basado en el Método de Backward Euler para la resolución de las ecuaciones de equilibrio no lineal. Los modelos obtenidos fueron validados teóricamente para un material ideal por medio de la contrastación de los resultados numéricos y las ecuaciones teóricas que gobiernan el sistema. Adicionalmente, se modeló un material real y se compararon los resultados de la simulación con resultados experimentales.Fil: González del Solar, Gerardo Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Martín, Pablo E.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Maldonado, Noemi Graciela. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentin

Surface Interaction Model for Great Thickness Masonry

At present, many of the historic masonry structures in the most important seismic zone of Argentina present damages due to the actions to which they have been subjected. Therefore, it is necessary to study the behavior of walls of ceramic masonry of great thickness. This work presents the comparison between the results obtained from the numerical simulation of ceramic masonry walls subjected to compression and shear strength, through the use of interaction surfaces using commercial software ABAQUS, versus the data obtained from physical?mechanical tests performed in 1:1 scale on the laboratory of the CeReDeTeC. Tested walls were made of solid masonry bricks with cement and lime mortar of 26 and 45 cm thick, respectively. These were compared with the obtained results by the analysis software, considering mortar joints as interaction surfaces, trying to obtain the modeling that represents the behavior of the union of the elements mortar and masonry. The conclusions of the work detail the strengths and weaknesses of this type of masonry modeling and the desirability of developing models that allow to simulate the behavior of great thickness masonry.Fil: Sánchez, Ariel. Universidad Tecnológica Nacional; ArgentinaFil: González del Solar, Gerardo Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional; ArgentinaFil: Martín, Pablo E.. Universidad Tecnológica Nacional; ArgentinaFil: Maldonado, Noemi Graciela. Universidad Tecnológica Nacional; Argentin

Importancia de la modelación numérica en la puesta en valor de estructuras patrimoniales de mampostería en zona sísmica

Se aplica la modelación numérica de un edificio de mampostería cerámica cocida de fines del siglo XIX en la zona de mayor riesgo sísmico de Argentina mediante el método de los elementos finitos. Para la verificación estructural se formula un modelo no lineal, utilizando elementos tipo shell que simulan el comportamiento no lineal de la mampostería a fin de verificar la estructura ante distintas acciones considerando el daño existente y por otro lado, se analiza la estructura en forma lineal para diseñar y verificar el refuerzo propuesto. Para el comportamiento del suelo se utiliza el modelo de Mohr Coulomb elasto-plástico. La validez de los resultados obtenidos implica utilizar parámetros derivados de estudios de campo y laboratorio a escala natural, de muretes de espesores similares. La eficiencia de la puesta en valor se analiza mediante técnicas de identificación de sistemas previo a la rehabilitación y posterior a ella.A numerical modeling of an artisanal ceramic brick masonry building dated from the late nineteenth century in the area of the highest seismic hazard of Argentina by the finite element method is applied. A nonlinear model is formulated, using shell elements that simulate the nonlinear behavior of the masonry structure in order to verify some actions considering existing damage. On the other hand, the structure is analyzed elastically for design and verify the proposed reinforcement. The soil foundation behavior is modeled by elastoplastic Mohr Coulom. The validity of the results obtained from field studies and laboratory tests, where low walls are made of similar thickness parameters. The efficiency of the enhancement is analyzed using identifying system techniques prior to rehabilitation and post it.Fil: González del Solar, Gerardo Andrés. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Martín, P. E.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Calderón, Francisco Alberto. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Maldonado, Noemi Graciela. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Maldonado, Martín Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentin

Estudios para la puesta en valor del edificio patrimonial con pinturas murales en zona sísmica: Un caso de estudio

En este trabajo se presenta una propuesta de intervención de un edificio de fines del siglo XIX, que alberga la obra pictórica del artista Fernando Fader, por lo que el valor patrimonial de los murales pintados en la casa-museo condiciona los trabajos de la puesta en valor. La metodología de estudio ha comprendido las siguientes etapas: relevamiento detallado, decisiones de emergencia, análisis de las condiciones de conservación, diagnóstico y propuesta de rehabilitación. El relevamiento de las patologías comprueba el daño sísmico por ausencia de arriostramientos y falta de capacidad portante de sus fundaciones. Desde el punto de vista de la seguridad se requieren restricciones al número de visitantes y después de la inspección de cielorrasos suspendidos, se clausuran salones de exposición. El análisis de condiciones de conservación requiere de un estudios de suelos y fundaciones, cateos de materiales con identificación de composición y medición de microvibraciones ambientales para modelar el edificio por elementos finitos y corroborar los estados de patologías encontradas. Durante el estudio se descubren pinturas ocultas del mismo artista, que se validan por difracción de rayos X. El diagnóstico indica que la construcción de mampostería monumental ha sufrido distintas intervenciones arquitectónicas a lo largo de su historia, derivando en patologías que afectan su seguridad estructural frente a cargas verticales, ambientales y al sismo. En el análisis de la puesta en valor de la fundación se han considerado distintas alternativas disponibles, desde la no intervención hasta una intervención significativa, en función de la disponibilidad de acceso a la misma y de la tecnología local. En las conclusiones se resalta el gran impacto tecnológico y económico de la rehabilitación de las fundaciones en relación a la superestructura metálica a incorporar y la necesidad de investigar materiales compatibles para no afectar los murales.This paper presents a proposal for intervention of a building from the late nineteenth century, which houses the paintings of artist Fernando Fader, is presented at the equity value of the murals painted on the house-museum work conditions commissioning value. The study methodology comprised the following stages: a detailed survey, emergency decisions, the analysis of the maintenance conditions, diagnosis and rehabilitation proposal. The survey of pathologies checks the absence of seismic braces and lack of bearing capacity of their foundations. From the point of view of security restrictions on the number of visitors are required and after inspection of suspended ceilings, showrooms are closed. Analysis of maintenance conditions requires soil surveys and foundations, searches of materials composition identification and measurement of environmental microvibrations to model the building finite element and corroborate the statements of pathologies found. During the study hidden paintings by the same artist were found, this paintings were validated by X-ray diffraction. The diagnosis indicates that monumental masonry building has undergone various architectural interventions throughout its history, leading to diseases affecting the structural safety against vertical, environmental and earthquake loads. In the analysis of the enhancement of the foundation it have been considered various alternatives available, from non-intervention to a significant intervention, depending on the availability of access to it and the local technology. The conclusions highlight the great technological and economic impact of the rehabilitation of foundations in relation to the metal superstructure and incorporate the need to investigate compatible materials to avoid affecting the murals.Fil: Maldonado, Noemi Graciela. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Martín, P. E.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Maldonado, I. A.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: Calderón, Francisco Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; ArgentinaFil: González del Solar, Gerardo Andrés. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Domizio, María Carolina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentin

Aprimoramento da Maçonaria Histórico: estudos de caso em Mendoza Argentina

Cooked ceramic masonry has been used in America since the mid-19th century, which are currently part of the local cultural heritage. The permanence in time is a product of its construction technology, quality of materials and maintenance, in addition to the effect of earthquakes. Detailed inspection results are presented of five ceramic masonry constructions of heritage value with different pathologies that require different enhancement technologies in the area of greatest seismic risk in Argentina. The study methodology used for the rehabilitation proposals includes finite element modeling, which requires performance parameters of masonry and mortars to understand the underlying pathologies obtained from laboratory tests and on-site monitoring. The enhancement must consider that there is no incompatibility of materials applying local technologies.En América se ha utilizado la mampostería cerámica cocida desde mediados del siglo XVIII la cual forma parte del patrimonio cultural local. La permanencia en el tiempo se debe a su técnica de construcción, calidad de materiales y mantenimiento además del efecto de los terremotos. Se presentan resultados de inspección detallada de cinco construcciones de mampostería cerámica de valor patrimonial con diferentes patologías que requieren distintas tecnologías de puesta en valor en la zona de mayor riesgo sísmico de Argentina. La metodología de estudio utilizada para las propuestas de rehabilitación incluye la modelación por elementos finitos, lo que requiere de parámetros de comportamiento de mampuestos y morteros para comprender las patologías subyacentes obtenidos de ensayos de laboratorio y monitoreo in situ. La puesta en valor debe considerar que no se presente incompatibilidad de materiales aplicando tecnologías locales.Na América, a alvenaria de cerâmica cozida é utilizada desde meados do século XVIII, fazendo parte do patrimônio cultural local. A permanência no tempo deve-se à sua técnica de construção, qualidade dos materiais e manutenção, bem como ao efeito dos sismos. Os resultados detalhados da inspeção são apresentados para cinco construções de alvenaria de cerâmica de valor patrimonial com diferentes patologias que requerem diferentes tecnologias de melhoramento na área de maior risco sísmico na Argentina. A metodologia de estudo utilizada para as propostas de reabilitação inclui a modelação de elementos finitos, que requer parâmetros de comportamento da alvenaria e argamassa para a compreensão das patologias subjacentes obtidas em testes laboratoriais e monitorização in situ. O aprimoramento deve considerar que não há incompatibilidade de materiais aplicando tecnologias locais