Aplicación de un modelo no lineal al estudio del comportamiento en fractura del hormigón

El hormigón es uno de los materiales más utilizados en la construcción de obras civiles, viales e hidráulicas. Su uso se ha generalizado debido no solamente a la elevada resistencia a la compresión que posee, sino también a su durabilidad, trabajabilidad y economía, y a la posibilidad de disponer de él a pie de obra en la mayoría de los lugares. Entre las características más salientes de este material pueden citarse su comportamiento en fractura, de tipo cuasifrágil, y su escasa resistencia frente a tensiones de tracción, aún cuando la mayoría de las estructuras de hormigón se encuentran sometidas a este tipo de esfuerzos desde el mismo momento en que comienza a hidratarse la pasta del cemento y se producen las consecuentes variaciones volumétricas. Estas características dan lugar a la aparición de microfisuras debido a la escasa resistencia del material a edades tempranas, cuyo tamaño se incrementa notoriamente una vez que la estructura entra en servicio y empiezan a actuar sobre ella las cargas para las que fue diseñada.Facultad de Ingenierí

Determinación del estado térmico y tensional a edad temprana en estructuras de hormigón masivo

Como es sabido, el hormigón es un material ampliamente utilizado en las construcciones civiles debido a que es relativamente económico, tiene alta resistencia a compresión, moderada resistencia a tracción y una alta durabilidad. Este material de naturaleza heterogénea tiene propiedades térmicas, mecánicas, reológicas que lo caracterizan y complejizan su estudio. El mismo se obtiene de la mezcla de cemento, agua, agregados de diferente tamaño y se pueden incorporar aditivos para otorgarle alguna propiedad especial. A diferencia de otros materiales, el hormigón tiene una relación constitutiva entre tensiones y deformaciones que responde a una ley lineal elástica sólo para muy bajos valores de la tensión. Además, a edad temprana dicha relación es fuertemente variable. (Párrafo extraído del texto a modo de resumen)Facultad de Ingenierí

Análisis numérico de la estabilidad de fisuras en presas de hormigón

En este trabajo se implementó un modelo basado en la Mecánica de Fractura Elástica Lineal (MFEL), teoría propuesta inicialmente por Griffith para explicar los distintos mecanismos de rotura en un sólido fisurado (Griffith, 1920) y desarrollado posteriormente por Irwin (Irwin, 1957). Hasta la aparición de la MFEL, solo el agotamiento por colapso plástico del material tenía fundamentos físicos y matemáticos bien estructurados. La MFEL vino a llenar el vacío que existía en la situación extrema de agotamiento opuesta al colapso plástico, cuando la rotura se produce en condiciones de pequeña deformación y con niveles de solicitación muy inferiores a los límites de plasticidad del material. (Párrafo extraído del texto a modo de resumen)Facultad de Ingenierí

Influencia de la calidad del hormigón en el refuerzo con láminas de fibras de carbono de vigas de hormigón armado

En este trabajo se analiza la influencia de la calidad del hormigón en el comportamiento mecánico de vigas de hormigón armado reforzadas con láminas de fibras de carbono. Para llevar a cabo el estudio se ha desarrollado un modelo de análisis por el Método de los Elementos Finitos (MEF), implementado en el código comercial Abaqus/Standard. El comportamiento no lineal, tanto del material correspondiente a las barras de acero como a la masa de hormigón y a las fibras de carbono, se ha llevado a cabo mediante los modelos constitutivos correspondientes a cada uno de ellos. Los resultados obtenidos ponen en evidencia la influencia de la calidad del hormigón así como del número de láminas de fibra de carbono en el diseño del refuerzo, constituyendo el modelo una herramienta muy potente para el diseño de refuerzos estructurales y/o el establecimiento de las condiciones de seguridad en servicio de vigas reforzadas.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Influencia de la calidad del hormigón en el refuerzo con láminas de fibras de carbono de vigas de hormigón armado

En este trabajo se analiza la influencia de la calidad del hormigón en el comportamiento mecánico de vigas de hormigón armado reforzadas con láminas de fibras de carbono. Para llevar a cabo el estudio se ha desarrollado un modelo de análisis por el Método de los Elementos Finitos (MEF), implementado en el código comercial Abaqus/Standard. El comportamiento no lineal, tanto del material correspondiente a las barras de acero como a la masa de hormigón y a las fibras de carbono, se ha llevado a cabo mediante los modelos constitutivos correspondientes a cada uno de ellos. Los resultados obtenidos ponen en evidencia la influencia de la calidad del hormigón así como del número de láminas de fibra de carbono en el diseño del refuerzo, constituyendo el modelo una herramienta muy potente para el diseño de refuerzos estructurales y/o el establecimiento de las condiciones de seguridad en servicio de vigas reforzadas.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Desarrollo de un algoritmo de optimización topológica aplicado al diseño de parches de material compuesto

En el presente trabajo se ha propuesto un algoritmo de optimización topológica aplicado a materiales ortótropos, implementado en el lenguaje de programación MatLab y el código comercial de Elementos Finitos (EF) Abaqus/Standard. Para evaluar la capacidad del modelo se ha estudiado el caso de una placa de aluminio con una fisura inclinada, reparada con parches de material compuesto, colocados en ambas caras de la placa. Para evaluar la eficiencia de los parches, se ha calculado el Factor de Intensidad de Tensiones (FIT) en modo I y II, en el extremo de la fisura. Los resultados obtenidos se han comparado con el estudio llevado a cabo por Ramji et al.. Este análisis comparativo ha permitido evidenciar el potencial del algoritmo de optimización topológica desarrollado para ser aplicado al diseño eficiente de parches.Sección: Construcciones.Facultad de Ingenierí

Influencia de la calidad del hormigón en el refuerzo con láminas de fibras de carbono de vigas de hormigón armado

En este trabajo se analiza la influencia de la calidad del hormigón en el comportamiento mecánico de vigas de hormigón armado reforzadas con láminas de fibras de carbono. Para llevar a cabo el estudio se ha desarrollado un modelo de análisis por el Método de los Elementos Finitos (MEF), implementado en el código comercial Abaqus/Standard. El comportamiento no lineal, tanto del material correspondiente a las barras de acero como a la masa de hormigón y a las fibras de carbono, se ha llevado a cabo mediante los modelos constitutivos correspondientes a cada uno de ellos. Los resultados obtenidos ponen en evidencia la influencia de la calidad del hormigón así como del número de láminas de fibra de carbono en el diseño del refuerzo, constituyendo el modelo una herramienta muy potente para el diseño de refuerzos estructurales y/o el establecimiento de las condiciones de seguridad en servicio de vigas reforzadas.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Predicción del desarrollo de fisuras en presas de hormigón de gravedad utilizando el modelo Concrete Damaged Plasticity

Las presas de gravedad de hormigón son estructuras que mantienen su estabilidad frente a las cargas de diseño a través de su geometría y de la masa y resistencia del material. En aquellos casos en los cuales se encuentran construidas en zonas de riesgo sísmico, debe verificarse si son capaces de resistir las cargas dinámicas asociadas a este fenómeno. De acuerdo con las recomendaciones del USACE, pueden emplearse técnicas modales para analizar el comportamiento tensional de presas de hormigón sometidas a acciones sísmicas. Estas técnicas incluyen modelos simplificados empleando espectros de respuesta y la utilización del Método de los Elementos Finitos (MEF). A los efectos de identificar las posibles zonas fisuradas en una presa y determinar su configuración de daño, deben utilizarse modelos no lineales. El comportamiento no lineal del hormigón puede simularse a través de dos procesos que involucran al material y su comportamiento mecánico: daño y plasticidad. La principal hipótesis de la teoría de la plasticidad, ampliamente utilizada para describir el comportamiento del hormigón, es la existencia de una superficie de fluencia que incluye sensibilidad a la presión, al camino, flujo no asociado y endurecimiento. Sin embargo, esta teoría no predice la degradación de la rigidez del material debido a la microfisuración. Por otro lado, la teoría del continuo que emplea el concepto de daño también ha sido utilizada para modelar el comportamiento no lineal del hormigón mediante un conjunto de variables internas a nivel macroscópico. Es necesaria la utilización conjunta de las teorías de plasticidad y de daño para poder modelar el comportamiento observado en el hormigón en forma experimental. En este trabajo se estudia la configuración de daño de la presa Portezuelo del Viento utilizando el modelo Concrete Damaged Plasticity (CDP), el cual se encuentra disponible en el código comercial de análisis por el MEF Abaqus/Standard. La presa objeto del análisis está proyectada para ser emplazada en la provincia de Mendoza, República Argentina, en la zona sísmica 3, de acuerdo con la normativa CIRSOC 103.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Predicción del desarrollo de fisuras en presas de hormigón de gravedad utilizando el modelo Concrete Damaged Plasticity

Las presas de gravedad de hormigón son estructuras que mantienen su estabilidad frente a las cargas de diseño a través de su geometría y de la masa y resistencia del material. En aquellos casos en los cuales se encuentran construidas en zonas de riesgo sísmico, debe verificarse si son capaces de resistir las cargas dinámicas asociadas a este fenómeno. De acuerdo con las recomendaciones del USACE, pueden emplearse técnicas modales para analizar el comportamiento tensional de presas de hormigón sometidas a acciones sísmicas. Estas técnicas incluyen modelos simplificados empleando espectros de respuesta y la utilización del Método de los Elementos Finitos (MEF). A los efectos de identificar las posibles zonas fisuradas en una presa y determinar su configuración de daño, deben utilizarse modelos no lineales. El comportamiento no lineal del hormigón puede simularse a través de dos procesos que involucran al material y su comportamiento mecánico: daño y plasticidad. La principal hipótesis de la teoría de la plasticidad, ampliamente utilizada para describir el comportamiento del hormigón, es la existencia de una superficie de fluencia que incluye sensibilidad a la presión, al camino, flujo no asociado y endurecimiento. Sin embargo, esta teoría no predice la degradación de la rigidez del material debido a la microfisuración. Por otro lado, la teoría del continuo que emplea el concepto de daño también ha sido utilizada para modelar el comportamiento no lineal del hormigón mediante un conjunto de variables internas a nivel macroscópico. Es necesaria la utilización conjunta de las teorías de plasticidad y de daño para poder modelar el comportamiento observado en el hormigón en forma experimental. En este trabajo se estudia la configuración de daño de la presa Portezuelo del Viento utilizando el modelo Concrete Damaged Plasticity (CDP), el cual se encuentra disponible en el código comercial de análisis por el MEF Abaqus/Standard. La presa objeto del análisis está proyectada para ser emplazada en la provincia de Mendoza, República Argentina, en la zona sísmica 3, de acuerdo con la normativa CIRSOC 103.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Análisis de la aparición de fisuras de origen térmico en estructuras masivas de hormigón considerando distribución aleatoria de las propiedades del material

De acuerdo con la definición del ACI, las estructuras de hormigón masivo son aquellas en las que el volumen de hormigón involucrado es lo suficientemente grande como para tomar medidas que permitan hacer frente al calor generado por la hidratación del cemento y a los cambios volumétricos asociados. Estos cambios volumétricos generan la aparición de tensiones de tracción, que si superan la resistencia del material pueden ocasionar fisuras que afectan la capacidad resistente de la estructura y su durabilidad, o simplemente su funcionamiento y estética. Por este motivo es importante poder predecir la evolución térmica del hormigón durante el proceso de hormigonado y los niveles de tensiones generados por dichas temperaturas para poder tomar medidas tendientes a evitar los problemas referidos. Si bien se han propuesto distintos modelos que permiten predecir la historia térmica en las estructuras de hormigón y establecer el estado tensional asociado, estos consideran un comportamiento elástico lineal que no permite describir el proceso de iniciación y propagación de fisuras, lo cual impide establecer niveles de tolerancia al daño o entender el comportamiento de estructuras fisuradas por causas térmicas. Por ello, incorporar el fenómeno de la iniciación y propagación de fisuras en los problemas térmicos de las estructuras de hormigón es un aporte significativo tanto en el campo teórico como práctico. En este trabajo se presentan los resultados correspondientes al estudio de la localización y evolución de fisuras de origen térmico, utilizando el Método de los Elementos Finitos Extendido (XFEM), basado en el método de los segmentos cohesivos, con asignación aleatoria de las propiedades del material a través de un código desarrollado en MATLAB, considerando para la resistencia a tracción del hormigón una distribución normal y una distribución de Weibull.Sección: Construcciones.Facultad de Ingenierí