Influencia de la no linealidad de material en las deflexiones inmediatas de vigas de concreto reforzado

Nonlinear material influence on reinforced concrete beams’ immediate deflections

Este artículo presenta los resultados analíticos y experimentales de una investigación realizada por el Grupo de Investigación GIES sobre la influencia de la no linealidad de material sobre las deflexiones inmediatas de vigas de concreto reforzado. Bajo condiciones reales y diferentes situaciones de carga fueron ensayadas seis vigas de dicho material. El comportamiento teórico de las vigas fue simulado mediante el modelo no lineal de material del programa comercial de elementos finitos Ansys®. La comparación de los resultados del modelo no lineal de Ansys®, las recomendaciones del código de construcción ACI 318, y los ensayos experimentales, mostraron que el comportamiento estructural de una viga simplemente apoyada está fuertemente influenciado por la no linealidad de material.

Introducción

El concreto se considera un material frágil, presenta una buena resistencia a la compresión, mientras que su resistencia a la tracción es mínima. Normalmente los esfuerzos máximos a tensión que soporta son muy bajos, por lo que para condiciones de diseño se suelen despreciar, y su resistencia a la tracción es suministrada por las barras de acero que sirven como refuerzo. La interacción entre estos dos materiales (concreto y acero) permite tener un material compuesto con el cual se ha construido gran parte de la infraestructura mundial.

Las estructuras de concreto reforzado son ampliamente usadas en una variedad de situaciones y aplicaciones; estas, son diseñadas siguiendo metodologías elásticas o procedimientos de rotura simplificados y basados en datos experimentales. En los primeros se usan conceptos de la teoría de la elasticidad, que actualmente se encuentran vigentes en los reglamentos de diseño, pero en los que se hace poco énfasis. De la misma forma, los procedimientos para la evaluación de desplazamientos y deflexiones se basan en conceptos elásticos. Las segundas metodologías de diseño se basan en datos y consideraciones experimentales; el ACI (American Concrete Institute), por ejemplo, adopta un esfuerzo de compresión uniforme en el concreto, el cual se asume distribuido sobre un área limitada por los bordes de la sección y por una línea paralela al eje neutro.

Aunque las metodologías experimentales son adecuadas para el diseño convencional de elementos de concreto reforzado, la aparición de los computadores y el desarrollo de la técnica de simulación numérica conocida como método de los elementos finitos ha permitido el desarrollo y aplicación de teorías no lineales en una forma mucho más amplia.

El desarrollo del método de los elementos finitos en sus inicios se dio a partir de los trabajos conjuntos que hicieron matemáticos, físicos e ingenieros sobre aproximación de funciones en la década de los cincuenta y del desarrollo de las primeras computadoras. En esencia, la solución de un problema se establece mediante un grupo de operaciones matriciales realizadas por un computador.