Formulaciones Constitutivas para Materiales Cuasi-Frágiles con Nolocalidad Variable Basadas en Energía de Fractura, Plasticidad de Gradientes y Cosserat

Abstract

El comportamiento de falla de materiales cuasi-frágiles como hormigones varía fuertemente de frágil a dúctil con el incremento de la presión de confinamiento. Para modelar este comportamiento se requieren modelos matemáticos y teorías constitutivas de gran complejidad, que tengan capacidad de predecir el cambio dramático de los mecanismos de falla de superficie controlantes a volumenes controlantes que tiene lugar con el incremento del confinamiento. En este trabajo se discuten y comparan
dos teorías con nivel de nolocalidad variable, las cuales permiten describir el incremento de la nolocalidad con la presión confinante. Ambas teorías incluyen formulaciones basadas en mecánica de fractura para predecir las formas frágiles de falla que se desarrollan en régimen de cargas uniaxial en compresión y tracción y de bajo confinamiento. La nolocalidad variable es introducida, en un caso, mediante la teoría micropolar de Cosserat, en la cual la variabilidad del nivel de nolocalidad está intrínsicamente asociada a la definición de la cinemática de medios micropolares. En la segunda teoría constitutiva la nolocalidad variable está definida mediante una formulación de plasticidad de gradientes basada en longitud característica dependiente del nivel de confinamiento.
La formulación de ablandamiento basada en mecánica de fracturas que se incorpora en ambos modelos permite regularizar el comportamiento de postpico cuando la nolocalidad tiende a cero, lo cual acontece en el caso de estados de tensiones uniaxiales y de bajo confinamiento.
Una vez presentados ambos modelos constitutivos se lleva a cabo un análisis comparativo de sus predicciones de falla de probetas de hormigón sometidas a historias de carga en régimen de bajo, medio y alto confinamiento.
Los resultados demuestran la capacidad predictiva de ambos modelos de nolocalidad variable y la eficiencia de los mismos para captar los diferentes mecanismos de falla que se desarrollan en materiales cuasi-frágiles como hormigones en función del estado función de estado de tensiones gobernantes.