Procesos de Iniciación y Propagación de Fisuras de Origen Térmico en Estructuras de Hormigón Masivo

Abstract

Uno de los requisitos esenciales en el diseño y construcción de estructuras de hormigón masivo es la realización de un análisis térmico, para establecer adecuadamente límites de seguridad que permitan evitar la aparición de fisuras debidas a las tensiones de tracción que se producen por el calor liberado durante la hidratación del cemento. Se han desarrollado numerosas técnicas para llevar a cabo dichos estudios, que van desde estimaciones groseras basadas en formulaciones empíricas desacopladas, a modelos más sofisticados y exactos desarrollados en el marco del Método de los Elementos Finitos, considerando el acoplamiento termo-mecánico. En todos los casos el valor de las tensiones se compara con la resistencia del material y se emplea un criterio pasa/no pasa para establecer si la estructura se encuentra o no en una condición de fisuración potencial. La mayor limitación de esta aproximación es que no es posible describir el mecanismo de iniciación y propagación de fisuras y en consecuencia no permite establecer niveles de tolerancia al daño, y tampoco determinar la condición de estabilidad de fisuras pre-existentes.
Este trabajo presenta un Modelo de Fisuración Cohesiva (MFC) con acoplamiento térmico para describir el proceso de localización y crecimiento de las fisuras asociadas con el fenómeno de generación interna de calor en estructuras de hormigón masivo. Se presentan las ecuaciones fundamentales así como las leyes constitutivas y las condiciones de borde que gobiernan el problema.
Se describe la implementación del modelo en un código comercial de análisis por el Método de los Elementos Finitos, y finalmente se desarrolla un caso de aplicación correspondiente a una fundación de hormigón sujeta a la generación interna de calor con un flujo de disipación bidireccional y condición de deformación plana. Los resultados permiten predecir de forma precisa los mecanismos de iniciación y propagación de fisuras en este tipo de estructuras y mostrar patrones de fisuración consistentes con los observados en la práctica.