Análisis numérico mesomecánico del hormigón bajo cargas que producen cambios de dirección de la fisuración

Abstract

Dentro del grupo de investigación de la ETSECCPB-UPC, se ha venido desarrollando desde hace más de 15 años una metodología para el análisis mesomecánico de materiales heterogéneos, en especial para hormigón. La modelización (2D o 3D) consiste en discretizar la estructura interna del hormigón mediante piezas irregulares que representan los áridos de mayor tamaño, rodeadas por una matriz representativa del comportamiento del mortero y los áridos de menor tamaño. Dentro de la malla se incluyen elementos junta sin espesor, equipados con leyes constitutivas no lineales que representan el comportamiento de la fisuración, distribuidos a lo largo de todos los contactos entre elementos árido-mortero (interfase) y entre algunos de los contactos de elementos de la matriz. Este modelo ha sido largamente contrastado en la simulación numérica de diversos tipos de ensayos mecánicos tanto a nivel 2D como 3D para distintas situaciones de carga, tales como tracción y compresión uniaxial, biaxial, ensayo brasileño, etc. y posteriormente extendido a otros fenómenos acoplados más complejos como la retracción por secado, el ataque sulfático o las altas temperaturas. Sin embargo, se presentan fenómenos particulares y complejos del comportamiento del hormigón en los que los ensayos experimentales son muy costosos o no resultan factibles de ser realizados con las actuales técnicas disponibles. En particular, el estudio de los fenómenos de fractura rotativa según el test teórico propuesto por Willam et al. (1987), en el cual se impone un proceso de carga que produce una continua rotación de las direcciones principales de tensión y deformación. Este test es habitualmente utilizado para comparar modelos constitutivos anisótropos, si bien dadas sus características no existen resultados experimentales. En esta tesina se analiza el comportamiento mecánico del hormigón bajo un estado de cargas que generan cambios de dirección de las tensiones y deformaciones principales, y en consecuencia de la fisuración. Para ello se emplea el modelo mesoestructural comentado antes, sometido al estado de deformaciones impuestas propuesto en el Test de Willam. Se presentan diversos resultados de la evolución de las tensiones, así como la variación continua de las direcciones principales a lo largo del ensayo. Como consecuencia, la dirección de fisuración activa va continuamente rotando hasta un valor asintótico, siguiendo el cambio de dirección de las tensiones principales, a la vez que los anteriores estados de fisuración entran en descarga. Se han realizado varias simulaciones diferentes del mismo test sobre una misma malla de elementos finitos para poder comparar entre sí sus comportamientos, y posteriormente contrastarlas con diferentes resultados obtenidos por otros autores sobre el mismo test.