Simulación numérica del proceso de fractura en concreto reforzado mediante la metodología de discontinuidades fuertes de continuo. Parte II: Aplicación a páneles sometidos a cortante

Numerical modelling of the fracture process in reinforced concrete by means of a continuum strong discontinuity approach. Part II: application to shear panels

En este trabajo se presentan los resultados de la simulación numérica del proceso de fractura en páneles de concreto reforzado sometidos a cortante, utilizando un modelo basado en la metodología de discontinuidades fuertes de continuo(CSDA) y la teoría de mezclas. La CSDA describe la localzación de la deformación y la formación de una discontinuidad asociada con la aparición de una fisura. En cambio, la teoría de mezclas representa el comportamiento de un material compuesto, constituido por una matriz de concreto simple y uno o dos paquetes de barras largas de acero de refuerzo. El comportamiento del concreto simple y el acero se representan mediante un modelo de daño bidimensional y un modelo de plasticidad unidimensional, respectivamente. El modelo se implementa en el método de los elementos finitos considerando estado plano de esfuerzos, deformaciones infinitesimales y cargas estáticas. Se simularon tres páneles reforzados en una o en dos direcciones, los cuales estaban y sometidos principalmente a fuerzas cortantes. Los resultados de la simulación numérica, como la respuesta estructural y el patrón de fisuración, fueron satisfactorios

Introducción

Los muros de concreto reforzado constituyen una parte importante de los sistemas estructurales actuales, principalmente por su capacidad ante esfuerzos cortantes cuando actúan acciones sísmicas o eólicas.

Durante la aplicación de las cargas y después del régimen elástico  los elementos de concreto reforzado exhiben una reducción de su rigidez simultáneamente con la formación y propagación de  fisuras. Un modelo numérico que permite predecir este comportamiento ha sido desarrollado por los autores en trabajos anteriores (Linero, Oliver et al. , 2007; Linero, Oliver et al. , 2010) y utilizado    en este artículo para simular tres páneles sometidos a cortante.

El modelo numérico considera que el concreto reforzado es un material compuesto conformado por una matriz de concreto simple y uno o dos paquetes de barras de acero de refuerzo. De acuerdo con la teoría de mezclas (Oller, 2003), los materiales constituyentes conservan una deformación común, mientras que el esfuerzo del material compuesto es igual a la suma ponderada del esfuerzo en cada componente.

La relación entre el esfuerzo y la deformación del concreto simple y del acero se representan con un modelo constitutivo de daño bidimensional y un modelo de plasticidad unidimensional, respectivamente (de Souza, Peric et al. , 2008).

En el lugar donde se forma una fisura el desplazamiento muestra una discontinuidad y la deformación tiende a infinito. En cambio, fuera de la zona de fractura la deformación conserva un valor acotado. Este fenómeno, denominado localización de la deformación, se representa en el modelo numérico mediante la metodología de discontinuidades fuertes de continuo (Oliver y Huespe, 2004a; Oliver y Huespe, 2004b; Oliver, Huespe et al. , 2006).