Comportamiento de Elementos Estructurales de Hormigón Reforzado con Fibra Bajo Cargas Explosivas

Abstract

El hormigón ha sido ampliamente utilizado para la construcción de distintos tipos de estructuras de protección resistentes a explosiones e impactos. Al ser un material de tipo frágil, la adición de fibras de acero en su matriz incrementa considerablemente la tenacidad y su capacidad de absorción de energía. Muchos estudios han demostrado que la ductilidad a cargas impulsivas puede verse sustancialmente aumentadas al insertar fibras aleatoriamente distribuidas en la matriz del hormigón. En estos casos, el material tiene un comportamiento complejo y no es fácil de definir y
calibrar sus propiedades mecánicas para reproducir numéricamente los patrones de agrietamiento y astillamiento.
Con el fin de estudiar este tipo de efectos como también la influencia de la distancia al foco de explosión en la desintegración del material y las ventajas de adicionar fibras en la matriz, se presentan en este trabajo resultados de la simulación numérica de placas de hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) bajo cargas explosivas. El análisis ha sido realizado mediante hidrocódigo usando un modelo homogéneo aproximado para el HRFA. Este modelo se deriva de un modelo original desarrollado para hormigón (RHT model), modificando apropiadamente los parámetros para caracterizar su comportamiento en tracción usando una respuesta bilineal. La caracterización a tracción del HRFA se obtiene utilizando un modelo para compuestos anisótropos modificado, que tiene en cuenta los efectos de la esbeltez de la fibra, como también la orientación y cantidad de fibras utilizada. El modelo homogéneo resultante está calibrado con resultados experimentales obtenidos de ensayos “pull-out” cuasi estáticos, y ensayos de compresión y tracción uniaxial.
Los resultados de la simulación numérica muestran una importante influencia de las fibras en la respuesta del hormigón, confiriéndole un aumento de la resistencia a la propagación de fisuras como así también una considerable disminución de la perdida de masa producida por astillamiento y fenómenos de desintegración, debido a la modificación de la curva de ablandamiento en el modelo de hormigón. Estos resultados que también han sido observados en los ensayos experimentales, publicados por distintos autores, pueden ser obtenidos numéricamente con la simple modificación de la curva de ablandamiento en el modelo de hormigón para tener en cuenta el efecto de las firbas.
Para la validación de los resultados, las simulaciones numéricas son comparadas con ensayos experimentales de placas de HRFA bajo cargas explosivas.